物理實驗5 探究動能定理

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1、實驗實驗5 5探究動能定理探究動能定理-2-一、實驗?zāi)康?.探究外力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系。2.通過實驗數(shù)據(jù)分析,總結(jié)出合外力做功與物體速度二次方的正比關(guān)系。二、實驗原理1.改變功的大小:采用如圖所示的實驗裝置,用1條、2條、3條規(guī)格同樣的橡皮筋將小車?yán)酵晃恢糜伸o止釋放,橡皮筋拉力對小車所做的功依次為W0、2W0、3W0、。-3-2.確定速度的大小:小車獲得的速度v可以由紙帶和打點計時器測出,也可以用其他方法測出。3.尋找功與速度變化的關(guān)系:以橡皮筋拉力所做的功W為縱坐標(biāo),小車獲得的速度v為橫坐標(biāo),作出W-v或W-v2圖象。分析圖象,得出橡皮筋拉力對小車所做的功與小車獲得的速度的定

2、量關(guān)系。三、實驗器材小車(前面帶小鉤)、長木板(兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘)、打點計時器及紙帶、學(xué)生電源及導(dǎo)線(若使用電火花計時器則不用學(xué)生電源)、若干條規(guī)格相同的橡皮筋、毫米刻度尺。-4-四、實驗步驟1.按原理圖將儀器安裝好。2.平衡摩擦力:在長木板有打點計時器的一端下面墊一塊木板,反復(fù)移動木板的位置,直至小車上不掛橡皮筋時,輕推小車,紙帶打出的點間距均勻,即小車能勻速運動。3.先用1條橡皮筋做實驗,用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1,設(shè)此時橡皮筋對小車做的功為W0,將這一組數(shù)據(jù)記入表格。4.用2條橡皮筋做實驗,實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同,這時橡皮筋對小車做的功為2W0,測出

3、小車獲得的速度v2,將數(shù)據(jù)記入表格。5.用3條、4條橡皮筋做實驗,用同樣的方法測出功和速度,記入表格。-5-五、數(shù)據(jù)處理1.測量小車的速度:實驗獲得如圖所示的紙帶,為探究橡皮筋彈力做的功和小車速度的關(guān)系,需要測量彈力做功結(jié)束時小車的速度,即小車做勻速運動的速度,應(yīng)在紙帶上測量的物理量:A1、A2間的距離x,小車速度的表達(dá)式是v= (T為打點計時器打點的時間間隔)。2.記錄實驗數(shù)據(jù):把計算出的速度填入表格中并算出v2的值。-6-3.數(shù)據(jù)處理:在坐標(biāo)紙上畫出W-v或W-v2圖線(“W”以一條橡皮筋做的功為單位)。4.實驗結(jié)論:合外力對物體做的功與物體速度變化的關(guān)系為Wv2。-7-六、誤差分析1.誤

4、差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細(xì)不一致,使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比。2.沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大也會造成誤差。3.利用打點的紙帶計算小車的速度時,測量不準(zhǔn)帶來誤差。-8-七、注意事項1.平衡摩擦力:將木板一端墊高,使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡。方法:使小車連著紙帶并接通電源,輕推小車,由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否做勻速運動,找到長木板的一個合適的傾角。2.選點測速:測小車的速度時,紙帶上的點應(yīng)選均勻部分的,也就是選小車做勻速運動時的部分。3.橡皮筋的選擇:橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的。力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可,不必計算

5、出具體數(shù)值。4.先后順序:開始實驗時,小車應(yīng)靠近打點計時器,并且要先接通電源再釋放小車。5.小車的選擇:小車質(zhì)量應(yīng)適當(dāng)大一些,使紙帶上打的點多一些。-9-1.在該實驗中是如何判斷小車做勻速直線運動的?提示：根據(jù)紙帶上的點是否均勻來判斷,如果均勻,說明小車做勻速直線運動。2.如果把長木板換成氣墊導(dǎo)軌,是否還需要平衡摩擦力?提示：不需要平衡摩擦力。-10-考點一考點二考點三實驗原理與操作實驗原理與操作例1某學(xué)習(xí)小組做探究功與速度變化的關(guān)系的實驗如圖所示,圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出的,沿木板滑行,橡皮筋對小車做的功記為W0。當(dāng)用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實驗時(每次實

6、驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致),每次實驗中小車獲得的速度根據(jù)打點計時器打在紙帶上的點進(jìn)行計算。-11-考點一考點二考點三(1)除了圖中已有的實驗器材外,還需要導(dǎo)線、開關(guān)、刻度尺和(選填“交流”或“直流”)電源。 (2)實驗中,小車會受到摩擦力的作用,可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦力,下面操作正確的是()A.放開小車,能夠自由下滑即可B.放開小車,能夠勻速下滑即可C.放開拖著紙帶的小車,能夠自由下滑即可D.放開拖著紙帶的小車,能夠勻速下滑即可(3)若木板水平放置,小車在兩條橡皮筋作用下運動,當(dāng)小車速度最大時,關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置,下列說法正確的是()A.橡皮筋處于原長狀態(tài)B.橡皮

7、筋仍處于伸長狀態(tài)-12-考點一考點二考點三(4)在正確操作的情況下,打在紙帶上的點并不都是均勻的,為了測量小車獲得的速度,應(yīng)選用紙帶的部分進(jìn)行測量(根據(jù)如圖所示的紙帶回答)。 答案解析解析關(guān)閉(1)打點計時器使用的是交流電源。(2)平衡摩擦力時,應(yīng)將紙帶穿過打點計時器,放開拖著紙帶的小車,小車能夠勻速下滑即可,D正確。(3)水平放置木板,放開小車后,小車做加速運動,當(dāng)橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小時,小車的速度最大,此時橡皮筋仍處于伸長狀態(tài),B正確。(4)從紙帶上看,紙帶的GJ段打點比較均勻,所以應(yīng)選用紙帶的GJ段進(jìn)行測量。 答案解析關(guān)閉(1)交流(2)D(3)B(4)GJ-13-考點一考點二

8、考點三數(shù)據(jù)處理與誤差分析數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2圖1是某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)做探究橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系的實驗,圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出,沿木板滑行的情形。這時,橡皮筋對小車做功記為W。當(dāng)用2條、3條n條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次第n次實驗時,每次橡皮筋都被拉伸到同一位置釋放。小車每次實驗中獲得的速度可以由打點計時器所打的紙帶測出,圖2甲為某次實驗中打出的紙帶。-14-考點一考點二考點三(1)除了圖中已給出的實驗器材和電源外,還需要的器材有。 (2)實驗時為了使小車只在橡皮筋作用下運動,應(yīng)采取的措施是。 (3)每次實驗得到的紙帶上的點分布并不都是均勻的,為了測量小

9、車最終獲得的末速度,應(yīng)選用紙帶的部分進(jìn)行測量。 -15-考點一考點二考點三(4)下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理表。 -16-考點一考點二考點三從理論上講,橡皮筋做的功Wn與物體獲得的速度vn之間的關(guān)系是Wn,請你運用表中的數(shù)據(jù)在如圖2乙所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象,以驗證理論的正確性。 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-17-考點一考點二考點三規(guī)律總結(jié)處理實驗數(shù)據(jù)的方法有平均值法、列表法和圖象法,本題主要用了后兩種方法處理實驗數(shù)據(jù)。列表法的優(yōu)點是將數(shù)據(jù)列成表格,可以簡明地表示出有關(guān)物理量之間的關(guān)系,便于檢查測量結(jié)果和運算是否合理,有助于發(fā)現(xiàn)和分析問題,而且列表法還是圖象法的基礎(chǔ)。圖象法的優(yōu)點是

10、通過作圖可以找到或反映物理量之間的變化關(guān)系,并便于找出其中的規(guī)律,確定對應(yīng)量的函數(shù)關(guān)系。-18-考點一考點二考點三實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新本實驗易與其他力學(xué)知識綜合考查,出題方式靈活,往往在教材實驗基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新情境。實驗的器材和數(shù)據(jù)處理及實驗方案都有可能進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。1.實驗器材及裝置的改進(jìn)-19-考點一考點二考點三2.數(shù)據(jù)測量的改進(jìn)由光電門測速度v= ;速度傳感器直接顯示速度大小 用紙帶測速度。3.實驗方案的改進(jìn)利用光電門和氣墊導(dǎo)軌探究功和動能的關(guān)系。-20-考點一考點二考點三例3某學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的裝置探究動能定理。 -21-考點一考點二考點三(1)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平,安裝好

11、實驗器材,從圖中讀出兩光電門中心之間的距離x= cm;(2)測量擋光條的寬度d,記錄擋光條通過光電門1和2所用的時間t1和t2,并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力F,為了完成實驗,還需要直接測量的一個物理量是;(3)該實驗是否需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量?(選填“是”或“否”)。 答案解析解析關(guān)閉(1)兩光電門中心之間的距離x=70.30 cm-20.30 cm=50.00 cm。(2)由于該實驗探究的是動能定理,故還需要知道滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量。(3)由于拉力可以通過拉力傳感器的讀數(shù)直接得到,故不需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條

12、和拉力傳感器的總質(zhì)量。 答案解析關(guān)閉(1)50.00(2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量(3)否-22-考點一考點二考點三例4某興趣小組準(zhǔn)備探究合外力做功和物體速度變化的關(guān)系,實驗前組員們提出了以下幾種猜想:Wv;Wv2;W 。為了驗證猜想,他們設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置。PQ為一塊傾斜放置的木板,在Q處固定一個速度傳感器(用來測量物體每次通過Q點的速度)。在剛開始實驗時,小剛同學(xué)提出“不需要測出物體的質(zhì)量,只要測出物體初始位置到速度傳感器的距離l和讀出速度傳感器的讀數(shù)v就行了”,大家經(jīng)過討論采納了小剛的建議。-23-考點一考點二考點三(1)請你說明小剛建議的理由:;(2)讓物體分別從不同高

13、度無初速度釋放,測出物體初始位置到速度傳感器的距離l1、l2、l3、l4、,讀出物體每次通過Q點的速度v1、v2、v3、v4、,并繪制了如圖乙所示的l-v圖象。若為了更直觀地看出l和v的變化關(guān)系,他們下一步應(yīng)該作出;(3)實驗中,木板與物體間摩擦力(選填“會”或“不會”)影響探究的結(jié)果。 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-24-考點一考點二考點三特別提醒解決創(chuàng)新探究實驗題的關(guān)鍵是能將學(xué)過的實驗知識和方法在不同的情境下遷移應(yīng)用,如本實驗可以把定性分析改為定量計算,利用氣墊導(dǎo)軌可減小摩擦,利用光電門替代打點計時器。不管如何創(chuàng)新,實驗的結(jié)論是不會改變的。-25-12341.(2017福建廈門模擬)探究

14、做功和物體速度變化的關(guān)系的實驗裝置如圖甲所示,小車在1條橡皮筋作用下彈出,小車獲得的速度為v,由打點計時器所打點的紙帶測出,橡皮筋對小車做的功記為W。實驗時,將木板左端調(diào)整到適當(dāng)高度,每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放。當(dāng)我們把2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次多次實驗時,請回答下列問題:-26-1234(1)除了圖甲中已給出的器材外,還需要的器材:交流電源、。 (2)圖乙是小車在某次運動過程中打點計時器在紙帶上打出的一系列的點,打點的時間間隔為0.02 s,則小車離開橡皮筋時的速度為 m/s(保留兩位有效數(shù)字)。 (3)(多選)將幾次實驗中橡皮筋對小車所做的功W和小車離開橡皮筋

15、時的速度v進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,以W為縱坐標(biāo)、v或v2為橫坐標(biāo)作圖,可能符合實際情況的是。 -27-答案 (1)刻度尺(2)0.36(3)AD -28-12342.測量滑塊在運動過程中所受的合外力是探究動能定理實驗要解決的一個重要問題。為此某同學(xué)設(shè)計了如下實驗方案:-29-1234A.實驗裝置如圖甲所示,滑塊后面夾紙帶,紙帶穿過打點計時器。一端系在滑塊上的細(xì)繩通過轉(zhuǎn)軸光滑的輕質(zhì)滑輪掛上鉤碼,用墊塊將長木板固定有定滑輪的一端墊起。調(diào)整長木板的傾角,打開打點計時器后輕推滑塊,滑塊沿長木板向下做勻速直線運動;B.保持長木板的傾角不變,取下細(xì)繩和鉤碼,打開打點計時器,讓滑塊只拖著紙帶沿長木板向下做勻加速直線運

16、動。請回答下列問題:滑塊做勻速直線運動時,打點計時器在紙帶上所打出點的分布應(yīng)該是。 滑塊在勻加速下滑過程中所受的合外力大小(選填“大小”“等于”或“小于”)鉤碼的重力大小。 -30-1234當(dāng)滑塊沿長木板向下做勻加速直線運動時,某同學(xué)打出的一條紙帶如圖乙所示,用刻度尺測得計數(shù)點1,2,3,4到計數(shù)起點0的距離分別為3.15 cm、12.40 cm、27.70 cm、49.05 cm,由此可得物體的加速度為 m/s2。(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)若滑塊質(zhì)量為m0、鉤碼質(zhì)量為m,當(dāng)打點計時器打下1、3點時滑塊的速度分別為v1和v2,1、3兩點之間距離為s,重力加速度為g,探究結(jié)果的表達(dá)式是。(用相

17、應(yīng)的符號表示) 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-31-12343.(2017寧夏銀川一模)某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲以如圖所示的裝置中的滑塊為對象探究動能定理,他們還找到了打點計時器所用的學(xué)生電源、天平、刻度尺、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、細(xì)沙。當(dāng)滑塊連接上紙帶,用細(xì)線通過滑輪掛上空的小沙桶時,釋放小桶,滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)。若你是小組中的一位成員,要完成該項實驗,則:(1)實驗時為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等,則沙和沙桶的總質(zhì)量應(yīng)滿足的實驗條件是,實驗時首先要做的步驟是 。 -32-1234(2)在(1)的基礎(chǔ)上,某同學(xué)用天平稱量滑塊的質(zhì)量m0。往沙桶中裝入適量的細(xì)沙,用天平稱出此時沙

18、和沙桶的總質(zhì)量m。讓沙桶帶動滑塊加速運動,用打點計時器記錄其運動情況,在打點計時器打出的紙帶上取兩點,測出這兩點的間距l(xiāng)和這兩點的速度大小v1與v2(v1v2)。則對滑塊,本實驗最終要探究的數(shù)學(xué)表達(dá)式為(用題中的字母表示)。 -33-1234(3)如果以合力對滑塊做的功W為縱軸,以(選填“v”或“v2”)為橫軸,圖線就是一條直線(如圖),其斜率為(用題中的字母表示)。 (4)如果實驗時所用滑塊質(zhì)量為m0,沙及沙桶總質(zhì)量為m,讓沙桶帶動滑塊在水平氣墊導(dǎo)軌上加速運動,也可以用來探究滑塊與沙及沙桶組成的系統(tǒng)機械能是否守恒。用打點計時器記錄其運動情況,在打點計時器打出的紙帶上取兩點,測出這兩點的間距l(xiāng)

19、和這兩點的速度大小v1與v2(v1v2)。要探究滑塊與沙及沙桶組成的系統(tǒng)機械能是否守恒,則最終需驗證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為(用題中的字母表示)。 -34-1234-35-1234-36-12344.為了探究動能改變與合外力做功的關(guān)系,某同學(xué)設(shè)計了如下實驗方案:第一步:把帶有定滑輪的木板有滑輪的一端墊起,把質(zhì)量為m0的滑塊通過細(xì)繩與質(zhì)量為m的帶夾重錘跨過定滑輪相連,重錘后連一穿過打點計時器的紙帶,調(diào)整木板傾角,直到輕推滑塊后,滑塊沿木板向下勻速運動,如圖甲所示。第二步:保持長木板的傾角不變,將打點計時器安裝在長木板靠近滑輪處,取下細(xì)繩和重錘,將滑塊與紙帶相連,使紙帶穿過打點計時器,然后接通電源,釋放滑塊

20、,使之從靜止開始向下加速運動,打出紙帶,如圖乙所示。打出的紙帶如圖丙所示。-37-1234-38-1234請回答下列問題:(1)已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計數(shù)點間的時間間隔為t,根據(jù)紙帶求滑塊運動的速度,打點計時器打B點時滑塊運動的速度vB=。 (2)已知重錘質(zhì)量為m,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,要測出某一過程合外力對滑塊做的功還必須測出這一過程滑塊(寫出物理名稱及符號,只寫一個物理量),合外力對滑塊做功的表達(dá)式W合=。 (3)算出滑塊運動OA、OB、OC、OD、OE段合外力對滑塊所做的功W以及在A、B、C、D、E各點的速度v,以v2為縱軸、W為橫軸建立直角坐標(biāo)系,描點作出v2-W圖象,可知該圖象是一條,根據(jù)圖象還可求得。 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉