高考物理總復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)5 探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系課件

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1、實(shí)驗(yàn)五探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1通過實(shí)驗(yàn)探究外力對(duì)物體做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系 2通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出外力做功與物體速度平方的正比例關(guān)系 二、實(shí)驗(yàn)原理 探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系，可通過改變力對(duì)物體做的功，測(cè)出力對(duì)物體做不同的功時(shí)物體的速度，為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)可將物體初速度設(shè)置為零，可用圖1所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過增加橡皮筋的條數(shù)使橡皮筋對(duì)小車做的功成倍增加，再通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶來測(cè)量每次實(shí)驗(yàn)后小車的末速度v.圖圖1 三、實(shí)驗(yàn)器材 小車(前面帶小鉤)、100200 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)器則不

2、用學(xué)生電源)、56條等長(zhǎng)的橡皮筋、刻度尺 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1按如圖1所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好，同時(shí)平衡摩擦力 2先用1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 3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，這時(shí)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 4用3條、4條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用同樣的方法測(cè)出功和速度，記入表格 五、數(shù)據(jù)處理 先對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，或者作個(gè)Wv草圖，大致判斷兩個(gè)量可能是什么關(guān)系如果認(rèn)為可能是Wv2，對(duì)于每一個(gè)速度值算出它的二次方，然后以W為縱坐標(biāo)、v2為橫坐標(biāo)作圖，如果這樣作出

3、來的圖象是一條直線，說明兩者關(guān)系真的就是Wv2. 六、誤差分析 1誤差的主要來源是橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)不一，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(shí)傾角過大也會(huì)造成誤差 3利用打點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí)，測(cè)量不準(zhǔn)會(huì)帶來誤差 七、注意事項(xiàng) 1平衡摩擦力很關(guān)鍵，將木板一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡方法是輕推小車，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)，找到木板一個(gè)合適的傾角 2測(cè)小車速度時(shí)，應(yīng)選紙帶上點(diǎn)距均勻的部分，也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)打在紙帶上的點(diǎn) 3橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的力對(duì)小車做的功以一條橡條筋做的功為單位即可，不

4、必計(jì)算出具體數(shù)值這是本實(shí)驗(yàn)的技巧之一，這里通過轉(zhuǎn)換單位的方法巧妙地解決了這一難題，這也是物理實(shí)驗(yàn)中常用的一種思想和手段(歷史上卡文迪什扭秤實(shí)驗(yàn)和這里相似) 例1關(guān)于“探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”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先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 解析實(shí)驗(yàn)中沒有必要測(cè)出橡皮筋做功的具體數(shù)值，只要測(cè)出后來各次橡皮筋做的功是第一次的多少倍即可，A錯(cuò)誤；為了使以后各次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的整數(shù)倍，必須使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保

5、持一致，B錯(cuò)誤；為減小誤差，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使木板傾斜以平衡摩擦力，C錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，然后再放開小車，D正確 答案D 特別提醒1.不直接算W和v的數(shù)值，而只看第2次、第3次實(shí)驗(yàn)中的W和v是第1次的多少倍，這樣可簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理 2實(shí)驗(yàn)中要通過傾斜木板平衡摩擦力，這與探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系中平衡摩擦力的方法是一樣的 例2(2013四川)如圖2甲所示，某組同學(xué)借用“探究a與F、m之間的定量關(guān)系”的相關(guān)實(shí)驗(yàn)思想、原理及操作，進(jìn)行“研究合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)： (1)為達(dá)到平衡阻力的目的，取下細(xì)繩及托盤，通過調(diào)整墊片的位置，改變長(zhǎng)木板傾斜程度，根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做_運(yùn)動(dòng)圖圖

6、2 (3)實(shí)驗(yàn)前已測(cè)得托盤質(zhì)量為7.7103 kg，實(shí)驗(yàn)時(shí)該組同學(xué)放入托盤中的砝碼質(zhì)量應(yīng)為_kg.(g取9.8 m/s2，結(jié)果保留至小數(shù)點(diǎn)后第三位) 解析本題考查“探究合外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力及數(shù)據(jù)處理能力難度中等 (1)通過打出的紙帶打點(diǎn)間隔是否均勻，判斷小車是否做勻速直線運(yùn)動(dòng) 答案(1)勻速直線(或勻速) (2)0.111 50.110 5(3)0.015 例3如圖3所示，是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究“橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，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(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W.當(dāng)我們把2條、3條完全相

7、同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放小車每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打點(diǎn)的紙帶測(cè)出圖圖3 (1)除了圖中的已給出的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要的器材有_； (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)采取的措施是_； (3)每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測(cè)量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_部分進(jìn)行測(cè)量； (4)下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表，請(qǐng)將第2次、第3次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做的功填寫在對(duì)應(yīng)的位置；數(shù)據(jù)物數(shù)據(jù)物理量理量橡皮筋橡皮筋做的功做的功10個(gè)間個(gè)間距的距距的距離離x/m10個(gè)間個(gè)間距的時(shí)距的時(shí)間間T/s小車獲小車獲得的速得的速度度vn小車速小車速度的

8、平度的平方方v1W0.2000.220.2800.230.3000.240.4000.250.4500.2 解析(1)計(jì)算小車速度需要測(cè)量紙帶上的點(diǎn)的距離，要用刻度尺 (2)要讓小車在木板上勻速運(yùn)動(dòng)，因而木板要傾斜以平衡摩擦力 (3)小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，紙帶上的點(diǎn)的間隔均勻 (4)橡皮筋每增加一條，對(duì)小車做的功就增加W. 答案(1)刻度尺(2)把木板的末端墊起適當(dāng)高度以平衡摩擦力(3)點(diǎn)距均勻(4)2W、3W、4W、5W(5)v圖象見解析圖(6)分析誤差來源，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案或測(cè)量手段，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)16.16.創(chuàng)新探究性實(shí)驗(yàn)的解題方法創(chuàng)新探究性實(shí)驗(yàn)的解題方法圖圖5 解析采用表格方法記錄數(shù)據(jù)，合理繪制的

9、Lv圖象是曲線，不能得出結(jié)論Wv2.為了更直觀地看出L和v的變化關(guān)系，應(yīng)該繪制Lv2圖象重力和摩擦力的總功W也與距離L成正比，因此不會(huì)影響探究的結(jié)果 答案不合適，應(yīng)進(jìn)一步繪制Lv2圖象不會(huì) 方法提煉縱觀近幾年各地高考試題，創(chuàng)新探究型實(shí)驗(yàn)試題正成為高考試題的主流題型，這也正是新課標(biāo)精神在高考中的具體表現(xiàn)創(chuàng)新探究型實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是：利用課本實(shí)驗(yàn)的儀器、思想和方法來完成不同于課本的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，如利用牛頓第二定律的裝置來完成探究外力做功與物體動(dòng)能變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，有些試題中可能會(huì)出現(xiàn)新的實(shí)驗(yàn)器材，但這些器材也是在教材上出現(xiàn)的，例如光電門、氣墊導(dǎo)軌、力傳感器等，無論是應(yīng)用什么樣的實(shí)驗(yàn)器材，實(shí)驗(yàn)的思想和方法都來源

10、于課本實(shí)驗(yàn)，是課本實(shí)驗(yàn)思想和方法的遷移應(yīng)用 解決創(chuàng)新探究實(shí)驗(yàn)試題的基礎(chǔ)是熟練掌握考試說明要求的物理實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)是基本實(shí)驗(yàn)器材的使用方法和實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)的物理思想，例如平衡摩擦力的方法、用重力代替拉力的方法、控制變量的方法、累積法測(cè)量微小量的方法、圖象探究物理量關(guān)系的方法、微小量放大測(cè)量的方法、平均值減小誤差的方法，等等解決創(chuàng)新探究實(shí)驗(yàn)試題的關(guān)鍵是能將學(xué)過的實(shí)驗(yàn)知識(shí)和方法在不同的情境下遷移應(yīng)用，這對(duì)同學(xué)的綜合分析問題并能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題的能力提出了較高的要求 跟蹤訓(xùn)練(2015三門峽模擬)某學(xué)習(xí)小組在“探究功與速度變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中采用了如圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置圖圖6 (1)將氣墊導(dǎo)軌接通氣泵，通過調(diào)平螺絲調(diào)整氣墊導(dǎo)軌使之水平，檢查是否調(diào)平的方法是： _. (2)如圖7所示，游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度d_ cm.實(shí)驗(yàn)時(shí)，將橡皮條掛在滑塊的掛鉤上，向后拉伸一定的距離，并做好標(biāo)記，以保證每次拉伸的距離恒定現(xiàn)測(cè)得掛一根橡皮條時(shí)，滑塊彈離橡皮條后，經(jīng)過光電門的時(shí)間為t，則滑塊最后勻速運(yùn)動(dòng)的速度表達(dá)式為_(用字母表示)圖圖7 (3)逐根增加橡皮條，記錄每次遮光條經(jīng)過光電門的時(shí)間，并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的速度則畫出的Wv2圖象應(yīng)是_