2022年高中物理 實(shí)驗(yàn)探究動(dòng)能定理 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律練習(xí) 新人教版

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1、2022年高中物理 實(shí)驗(yàn)探究動(dòng)能定理 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律練習(xí) 新人教版 一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究外力對(duì)物體做功與物體速度的關(guān)系． 2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出做功與物體速度平方的正比關(guān)系． 二．實(shí)驗(yàn)原理 1．不是直接測(cè)量對(duì)小車做功，而是通過(guò)改變橡皮筋條數(shù)確定對(duì)小車做功W、2W、3W…… 2．由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)出，也可以用其他方法測(cè)出．這樣，進(jìn)行若干次測(cè)量，就得到若干組功和速度的數(shù)據(jù)． 3．以橡皮筋對(duì)小車做的功為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度為橫坐標(biāo)，作出W－v曲線，分析這條曲線，可以得知橡皮筋對(duì)小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系． 三．實(shí)驗(yàn)

2、器材 小車(前面帶小鉤)、100 g～200 g砝碼、長(zhǎng)木板，兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶?duì)稱位置釘兩個(gè)鐵釘、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及紙帶、學(xué)生電源及導(dǎo)線(使用電火花計(jì)時(shí)器不用學(xué)生電源)、5～6條等長(zhǎng)的橡皮筋、刻度尺． 四．實(shí)驗(yàn)步驟 1．儀器安裝：將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好，同時(shí)平衡摩擦力． 2．打紙帶及記錄 （1）先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出小車獲得的速度v1，設(shè)此時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為W1，將這一組數(shù)據(jù)記入表格． （2）用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度與第一次相同，這樣橡皮筋對(duì)小車做的功為W2，測(cè)出小車獲得的速度v2，將數(shù)據(jù)記入表格． （3）用3條、4條……橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用同樣的方法

3、測(cè)出功和速度，記入表格． 3．?dāng)?shù)據(jù)分析 （1）分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論．1)測(cè)量小車的速度：實(shí)驗(yàn)獲得如圖所示的紙帶，為探究橡皮筋彈力做功和小車速度的關(guān)系，需要測(cè)量彈力做功結(jié)束時(shí)小車的速度，即小車做勻速運(yùn)動(dòng)的速度，應(yīng)在紙帶上測(cè)量的物理量是(用字母表示)：A1、A2間的距離x，小車速度的表達(dá)式是(用測(cè)量的物理量表示)v＝ (T為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的時(shí)間間隔)． (2)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 橡皮筋條數(shù) 力對(duì)車做的功 位移x/m 時(shí)間t/s 速度v/(m·s－1) 速度平方v2/(m2·s－2) 1 W ? ? ? ? 2 2W ? ? ? ? 3 3W ? ? ? ?

4、 4 4W ? ? ? ? 5 4W ? ? ? ? 6 6W ? ? ? ? (3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析：在坐標(biāo)紙上畫(huà)出W－v和W－v2圖線(“W”以一根橡皮筋做的功為單位)． (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：從圖象可知功與物體速度變化的關(guān)系W∝v2. 五．注意事項(xiàng) 1．平衡摩擦力：實(shí)驗(yàn)中的小車不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力對(duì)小車做負(fù)功，我們研究的是橡皮筋做的功與物體速度的關(guān)系，應(yīng)設(shè)法排除摩擦力的影響，可采用將木板一端墊高的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)．將木板一端墊高，使重力沿斜面方向的分力與摩擦力平衡，就能消除摩擦力的影響．判斷已平衡掉摩擦力的方法是，輕推一下小車，觀察小車不

5、受其他力時(shí)能在木板上做勻速運(yùn)動(dòng)． 2．我們用2條，3條?-橡皮筋進(jìn)行第2次、第3次?-實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都應(yīng)保持一致． 3．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)，以橡皮筋對(duì)小車做的功W為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度為橫坐標(biāo)，以第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的功W為單位，作出W－v以及W－v2圖象，分析圖線，可以得知橡皮筋對(duì)小車做的功W與小車獲得的速度v2的定量關(guān)系． 4．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上相鄰各點(diǎn)的間距并不均勻，應(yīng)選間距均勻的那一段紙帶來(lái)計(jì)算小車的速度，因?yàn)檫@一段是橡皮筋對(duì)小車做功完畢時(shí)的情形． 六．誤差分析 為減小本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差，要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題： 1．在長(zhǎng)木板上，小車、鐵釘、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置應(yīng)

6、調(diào)整適當(dāng)，以保證打在紙帶上的點(diǎn)便于處理，求出小車運(yùn)動(dòng)的速度． 2．平衡摩擦力時(shí)，可使木板略微傾斜，作為補(bǔ)償，保證小車脫離橡皮筋后做勻速運(yùn)動(dòng)． 3．小車的質(zhì)量較小，當(dāng)用多條橡皮筋時(shí)，打出的點(diǎn)過(guò)少，應(yīng)改用質(zhì)量稍大的小車(或加砝碼)，以保證打出較多的點(diǎn)便于處理． 題型1實(shí)驗(yàn)原理及操作注意事項(xiàng)： 【例1】 關(guān)于“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)中，下列敘述正確的是(　　) A．每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車做功的具體數(shù)值 B．每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度沒(méi)有必要保持一致 C．放小車的長(zhǎng)木板應(yīng)該盡量使其水平 D．先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源

7、，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 解析：本實(shí)驗(yàn)沒(méi)有必要測(cè)出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要測(cè)出以后各次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的多少倍就已經(jīng)足夠了，A錯(cuò)．每次實(shí)驗(yàn)橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度必須保持一致，只有這樣才能保證以后各次實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的整數(shù)倍，B錯(cuò)．小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力，只有使木板傾斜到一定程度，才能減小誤差，C錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作，然后再讓小車在橡皮筋的作用下彈出，D正確． 答案：D 題型2數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)結(jié)論 【例2】 為了探究恒力作用時(shí)的動(dòng)能定理，某同學(xué)做了如下實(shí)驗(yàn)，他讓滑塊在某一水平面上滑行，利用速度采集器獲取其初速度

8、v，并測(cè)量出不同初速度的最大滑行距離x，得到下表所示幾組數(shù)據(jù)： 數(shù)據(jù)組 1 2 3 4 5 6 v/(m·s－1) 0 0.16 0.19 0.24 0.30 0.49 x/m 0 0.045 0.075 0.111 0.163 0.442 (1)一同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，作出x－v圖象如圖甲所示，觀察該圖象，該同學(xué)作出如下推理：根據(jù)x－v圖象大致是一條拋物線，可以猜想，x可能與v2成正比．請(qǐng)?jiān)趫D乙所示坐標(biāo)紙上選擇適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸作出圖線驗(yàn)證該同學(xué)的猜想． (2)根據(jù)你所作的圖象，你認(rèn)為滑塊滑行的最大距離x與滑塊初速度平方v2的關(guān)系是____________

9、_________________________________． 解析：(1)做出x－v2圖線如圖所示 (2)由圖可以看出，滑塊滑行的最大距離x與滑塊初速度平方v2成正比．即：x∝v2. 拓展探究 【例3】 在?°探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系?±實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)器材． (1)為了用細(xì)線的拉力表示小車受到的合外力，可以改變木板的傾角，使重力的一個(gè)分力平衡小車及紙帶受到的摩擦力．簡(jiǎn)要說(shuō)明你平衡摩擦力的實(shí)驗(yàn)判斷方法__________________________. (2)用沙和沙桶的重力大小來(lái)表示小車受到的合外力，必須滿足的條件是

10、 ． (3)除實(shí)驗(yàn)裝置中的儀器外，還需要的測(cè)量?jī)x器有_____________________． (4)如圖為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶，現(xiàn)選取紙帶中的A、B兩點(diǎn)來(lái)探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T，重力加速度為g.請(qǐng)你用字母表示需要測(cè)量的物理量，說(shuō)明其物理意義(用文字說(shuō)明或在圖中標(biāo)明)，并把探究結(jié)果的表達(dá)式寫出來(lái)． 解析：(1)在長(zhǎng)木板的右端放一個(gè)小木楔，移動(dòng)木楔的位置以改變木板的傾角，在不掛砂桶的情況下，給小車一個(gè)初速度，如果打出的紙帶點(diǎn)跡均勻，可認(rèn)為已平衡摩擦力． (2)沙和沙桶的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 (3)刻度尺、天平

11、 (4)需要測(cè)量的物理量有：砂和砂桶的總質(zhì)量m，小車的質(zhì)量M，如圖所示的三段位移x1、x2和x，對(duì)應(yīng)A點(diǎn)的速度vA＝ ，B點(diǎn)的速度為vB＝，恒力做功與動(dòng)能改變的表達(dá)式為：mgs＝ . 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 題型1實(shí)驗(yàn)原理及操作步驟 【例1】關(guān)于驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)，下面列出一些實(shí)驗(yàn)步驟： A．用天平稱出重物和夾子的質(zhì)量　 B．將重物系在夾子上 C．將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，上端用手提著，下端夾在系有重物的夾子上，再把紙帶向上拉，讓夾子靜止靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處 D

12、．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在學(xué)生電源的交流輸出端，把輸出電壓調(diào)至6 V(電源暫不接通) E．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用鐵夾固定在放在桌邊的鐵架臺(tái)上，使兩個(gè)限位孔在同一豎直線上 F．在紙帶上選取幾個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行測(cè)量并記錄數(shù)據(jù) G．用秒表測(cè)出重物下落時(shí)間 H．接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后釋放紙帶 I．切斷電源 J．更換紙帶，重新進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn) K．在三條紙帶中，選出較好的一條 L．進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)論，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告 M．拆下導(dǎo)線，整理器材 對(duì)于本實(shí)驗(yàn)以上步驟中，不必要的有________；正確步驟的合理順序是 ________(填寫代表字母)． 解析：根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和操

13、作步驟可知不必要的有A、G；正確步驟的合理順序是E、D、B、C、H、I、J、K、F、L、M. 答案：A、G　EDBCHIJKFLM 題型2數(shù)據(jù)處理及誤差分析 【例2】在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量m＝1.00 kg的重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列點(diǎn)．如圖所示為選取的一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶，O為第一個(gè)點(diǎn)(速度恰好為零)，每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，選連續(xù)的3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C作為測(cè)量的點(diǎn)，如圖所示，經(jīng)測(cè)量知道A、B、C各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為50.50 cm、86.00 cm、130.50 cm.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一次點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐闹亓?/p>

14、速度g＝9.80 m/s2. 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可計(jì)算出打B點(diǎn)時(shí)的速度vB＝________ m/s；重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，重力勢(shì)能減少了________ J，動(dòng)能增加了________ J．根據(jù)所測(cè)量的數(shù)據(jù)，還可以求出物體實(shí)際下落的加速度為_(kāi)_______ m/s2，物體在從A到B下落的過(guò)程中所受到的平均阻力為_(kāi)_______ N(計(jì)算結(jié)果都要保留3位有效數(shù)字)，該阻力的來(lái)源主要有： (1)___________________________________________________________； (2)_____________________

15、______________________________________． 解析：由于每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出，所以每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1 s，同時(shí)可求得： AB＝86.00 cm－50.50 cm＝35.50 cm＝0.355 0 m BC＝130.50 cm－86.00 cm＝44.50 cm＝0.445 0 m v中＝

16、 即vB＝4.00 m/s 由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)下落的距離為：sOB＝86.00 cm＝0.86 m，重力勢(shì)能減少了EpB＝mgh＝1.00×9.80×0.86 J＝8.43 J．根據(jù)求得的B點(diǎn)速度可得重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)動(dòng)能增加了ΔEkOB＝mv2＝×1.00×(4.00)2J＝8.00J．由Δx＝aT2可求得紙帶下落的加速度a＝ ＝m/s2＝9.00 m/s2.根據(jù)牛頓第二定律得：mg－f＝ma.從A到B下落的過(guò)程中所受到的平均阻力為f＝mg－ma＝1.00×9.80 N－1.00×9.00 N＝0.800 N 分析紙帶

17、受到的力有：重力、重物受到的空氣阻力、紙帶與限位之間的摩檫力的作用，所以阻力的來(lái)源是以上除重力之外的力。 答案：4.00 8.43 8.00 9.00 0.800 （1）重力受到的空氣阻力 （2）紙帶與限位孔之間的摩檫力 拓展探究 【例3】某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證鉤碼和滑塊所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒． (1)實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，利用現(xiàn)有器材如何判斷導(dǎo)軌是否水平？_________. (2)如圖所示(經(jīng)放大后的)，游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度d＝________ cm；實(shí)驗(yàn)時(shí)將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)

18、光電門的時(shí)間Δt＝1.2×10－2s，則滑塊經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度為_(kāi)_______ m/s.在本次實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、________和________(文字說(shuō)明并用相應(yīng)的字母表示)． (3)本實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較________和________在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等(用測(cè)量的物理量符號(hào)表示)，從而驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能守恒． 解析：本題以創(chuàng)新的物理情景來(lái)考查驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)考查游標(biāo)卡尺的讀數(shù)．游標(biāo)尺的讀數(shù)為d＝5mm＋0.1mm×2＝5.2mm＝0.52cm；滑塊通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度為v＝m/s＝0.43 m/s；系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量為mgs，系統(tǒng)動(dòng)能的增加量為 . 答案：(1)接通氣源，將滑塊靜置于氣墊導(dǎo)軌上，若滑塊基本保持靜止，則說(shuō)明導(dǎo)軌是水平的(或取下鉤碼，輕推滑塊，滑塊基本能做勻速直線運(yùn)動(dòng))． (2)0.52　0.43　滑塊上的遮光條初始位置到光電門的距離s　滑塊的質(zhì)量M (3)mgs