河南省确山县第二高级中学2016届高三物理一轮复习教学案 人教课标版5（精品教案）

确山二高年级学科共案

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【教学主题】（一）探究动能定理

【教学目标】. 探究外力对物体做功与物体速度的关系。

. 会用实验法处理实验数据。

【知识梳理】

．实验目的

()探究外力对物体做功与物体速度的关系．

()会用图象法处理实验数据，通过对实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的关系． ．实验原理

()采用如图所示装置，让小车在橡皮筋作用下弹出，使小车获得速度后沿木板匀速滑行．当用一条橡皮筋弹出时对小车做的功记为，则用两条、三条??完全相同的橡皮筋并在一起进行第次、第次??实验，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放时，实验中橡皮筋对小车做的功就是、??

()由于橡皮筋每次实验做的功使小车获得的速度可以由打点计时器打出的纸带得到，当得出若干组功和速度的数据后，以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，分别以小车获得的速度、??为横坐标，以第次实验时的功为单位，用描点法分别作出、??曲线，分析曲线，得出橡皮筋对小车做的功与小车速度的定量关系．

．实验器材

小车(前面带小钩)、长木板(一端适当的位置钉一个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线(使用电火花计时器不用学生电源)、～条等长的橡皮筋、刻度尺． ．实验步骤

()按图中所示将实验仪器安装好．

()平衡摩擦力：在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至小车上不挂橡皮筋时，纸带打出的点间距均匀，即小车能匀速运动为止．

()分别用条、条、条??相同的橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度都与第一次相同．这时橡皮筋对小车做的功分别为、、??，标记好每次实验得到的纸带． ．数据处理

()测量小车的速度

实验获得如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做的功和小车速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量是：、间的距离，小车速度的表达式是＝(为打点计时器打点的时间间隔)，把实验中得到的纸带分别用同样的方法处理得到小车的速度，并计算速度的平方，将实验数据记录在下列表格中．

()实验数据的分析

在坐标纸上画出和图线(“”以一条橡皮筋做的功为单位)． ()实验结论

由图象可知功与物体速度变化的关系为∝. ．误差分析

()误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做的功与橡皮筋的条数

不成正比．

()没有完全平衡摩擦力(倾角小)或平衡摩擦力过度(倾角过大)也会造成误差． ()利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准确带来误差． ．注意事项

()平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡．方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到木板一个合适的倾角．

()测小车速度时，应选纸带上点距均匀的部分，也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点．

()橡皮筋应选规格一样的，且每次拉伸长度一样．力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值．

【典型例题】

．在利用橡皮筋“探究功与物体速度变化关系”的实验中，每次选取纸带后，应选取纸带上的哪些点来求小车的速度( )

．间距均匀的 ．间距不均匀的

．间距均匀的与不均匀的都可

．最好是间距均匀的，若纸带上没有间距均匀的，也可用间距不均匀的

解析：橡皮筋完全恢复后不再有力对小车做功，小车做匀速运动，纸带上的点间距是均匀的，正确，、错误；若纸带上没有间距均匀的点，说明纸带太短，橡皮筋还没完全恢复原状纸带已完全通过打点计时器，在这种情况下应选用更长的纸带，或者是因为没有完全平衡摩擦力，需重新平衡摩擦力，错误．

答案：

．如图所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，关于橡皮筋做的功，下列说法中正确的是( )

．橡皮筋做的功可以直接测量

．通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加 ．橡皮筋在小车运动的全程中始终做功

．把橡皮筋拉伸为原来的两倍，橡皮筋做功也增加为原来的两倍

解析：橡皮筋做的功等于橡皮筋所释放的弹性势能，但无法直接测量，错误；橡皮筋的条数成倍增加，弹性势能也会成倍增加，即做功成倍增加，但橡皮筋只是在释放弹性势能的一段时间内才做功，错误，正确；橡皮筋的弹性势能与形变量的平方成正比，当拉伸为原来

的两倍时，橡皮筋的做功变为原来的倍，错误．

答案：

．在“探究恒力做功与物体的动能改变量的关系”的实验中备有下列器材：

．电磁打点计时器；.天平；.秒表；.低压交流电源；.电池；.纸带；.细线、砝码、小车、砝码盘；.薄木板．

()其中多余的器材是；缺少的器材是． ()测量时间的工具是；测量质量的工具是．

()如图所示是打点计时器打出的小车(质量为)在恒力作用下做匀加速直线运动的纸带．测量数据已用字母表示在图中，打点计时器的打点周期为.请分析：利用这些数据能否验证动能定理？若不能，请说明理由；若能，请说出做法，并对这种做法做出评价．

解析：()计算小车速度是利用打点的纸带，故不需要秒表；电磁打点计时器应使用低压交流电源，故多余的器材是、；测量点与点之间的距离要用毫米刻度尺，故缺少的器材是毫米刻度尺．

()测量时间的工具是电磁打点计时器，测量质量的工具是天平． ()能．从到的过程中，恒力做的功为＝ 物体动能的变化量为－＝－＝·()－()＝. 只要验证＝即可．

优点：、两点的距离较远，测量时的相对误差较小． 缺点：只进行了一次测量验证，说服力不强．

答案：() 毫米刻度尺 ()电磁打点计时器 天平 ()见解析

．(年珠海质检)某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”设计了如下实验，他的操作步骤如下：

()按图连接实验装置，其中小车质量＝，钩码总质量＝.

()释放小车，然后接通打点计时器的电源(电源频率为＝ )，打出一条纸带．

()他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，如图所示．把打下的第一点记作，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到点距离分别为＝，＝，＝，＝，＝，＝．他把钩码重力(当地重力加速度取)作为小车所受合力，算出打下点到打下第点合力做功＝ (结果保留三位有效数字)，用正确的公式＝(用

相关数据前字母列式)把打下第点时小车的动能作为小车动能的改变量，算得＝ .

()(多选)此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差很大．通过反思，他认为产生误差的原因如下，其中正确的是．

．钩码质量太大，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多 ．没有平衡摩擦力，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多 ．释放小车和接通电源的次序有误，使得动能增量的测量值比真实值偏小 ．没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因

解析：()若用钩码的重力作为小车所受的合力，则合＝＝ ，从点到打第点时水平位移＝＝，

所以＝合＝× ＝ . 打第点时小车动能＝，＝， 式中Δ为个时间间隔，即Δ＝， 故＝(－).

()从该同学的实验操作情况来看，造成很大误差的主要原因是把钩码的重力当成了小车所受的合力，实验前没有平衡摩擦力，故选项、正确．、两个选项中提到的问题不能对实验结果造成重大影响，故不选、.

答案：() (－) ()

．质量为的重物自由下落，通过打点计时器在纸带上记录下运动的过程，打点计时器所接电源为 、 的交流电源．如图所示，纸带上点为重物自由下落时打点的起点，选取的计数点、、、、、、依次间隔一个点(图中未画出)，各计数点与点的距离依次为、、、、、、，单位为，重力加速度为，则

()求出、、、、各点速度并填入下表.

计数点 速度(·) － ()求出重物下落从起点到图中各点过程中重力所做的功. 计数点 功 ()适当选择坐标轴，在图中作出重力做的功与速度的相关量之间的关系图．

由图可得重力所做的功与成关系．

解析：()各点速度由公式＝＝，求出＝＝ ≈，同理≈，≈，≈，≈. ()由重力做的功＝求出＝ ＝××× ≈ ，同理≈ ，≈ ，≈ ，≈ . ()如图所示．

－

由图可得重力所做的功与速度的平方成正比． 答案：() ()

()图见解析 速度的平方 正比

．某探究学习小组的同学们欲探究“做功与物体动能变化的关系”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置．

()(多选)该学习小组的同学想用沙和沙桶的重力作为滑块受到的合力，探究滑块所受合力做功与滑块动能变化的关系．为了实现这个想法，该小组成员提出了以下实验措施，你认为有效的有．

．保持沙和沙桶的质量远大于滑块的质量 ．保持沙和沙桶的质量远小于滑块的质量 ．保持长木板水平

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