浙江省高考物理三輪沖刺 實(shí)驗(yàn)（7）探究做功與物體速度變化的關(guān)系課件

實(shí)驗(yàn)(7):探究做功與物體速度變化的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)原理圖方案一方案二二、基本實(shí)驗(yàn)要求1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究力對(duì)物體做的功與物體速度變化的關(guān)系。(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,總結(jié)出做功與物體速度二次方的正比關(guān)系。2.實(shí)驗(yàn)原理方案一:由重物提供牽引力如圖,由重物通過(guò)滑輪牽引小車,當(dāng)小車的質(zhì)量比重物大得多時(shí),可以把重物所受的重力當(dāng)作小車受到的牽引力,小車運(yùn)動(dòng)的距離可以由紙帶測(cè)出,改變重物的質(zhì)量或者改變小車運(yùn)動(dòng)的距離,也就改變了牽引力做的功。方案二:由橡皮筋提供牽引力如圖,第一次使小車在一根橡皮筋作用下彈出。第二次、第三次操作時(shí)分別改用2根、3根同樣的橡皮筋,并使小車從同樣的位置被彈出,那么橡皮筋對(duì)小車做的功一定是第一次的2倍、3倍測(cè)出小車被彈出后的速度,能夠找到牽引力對(duì)小車做的功與小車速度變化的關(guān)系。3.實(shí)驗(yàn)器材方案一:重物(小盤中放砝碼或砂桶中盛砂)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車、紙帶、復(fù)寫紙、電源、導(dǎo)線、刻度尺、一端帶有滑輪的長(zhǎng)木板、帶小鉤的細(xì)線等。方案二:橡皮筋若干根(材質(zhì)、長(zhǎng)短、粗細(xì)均相同)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車、紙帶、復(fù)寫紙、電源、導(dǎo)線、刻度尺、木板、鐵釘?shù)取?.實(shí)驗(yàn)步驟方案一:(1)用天平測(cè)出重物的質(zhì)量m(mM車),將數(shù)據(jù)記錄在表中。(2)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒(méi)有滑輪的一端,紙帶的一端夾在小車后端,另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,將長(zhǎng)木板安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)墊高,調(diào)整高度,直至輕推小車后,恰能使小車在木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng)為止。(3)在小車前系好細(xì)線并通過(guò)滑輪掛上重物,將小車置于靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,釋放小車。(4)改變重物質(zhì)量,重做上述實(shí)驗(yàn)。(5)如圖所示,將紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)記為計(jì)數(shù)點(diǎn)O,再在紙帶的后端選擇連續(xù)的5個(gè)打印點(diǎn)分別記為計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5,分別測(cè)出計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5至計(jì)數(shù)點(diǎn)O的距離(即小車的位移l),并利用打上點(diǎn)的紙帶,測(cè)出打各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v,將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表中。(6)將計(jì)算得到的功W記錄在表格中。(7)根據(jù)記錄的W、v數(shù)據(jù),在坐標(biāo)紙上作出合適的圖象,兩次實(shí)驗(yàn)可以在同一坐標(biāo)系中作出兩條圖線。方案二:(1)選擇確定本實(shí)驗(yàn)的探究方案。(2)平衡摩擦力:在長(zhǎng)木板有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端下面墊一塊小木板,反復(fù)移動(dòng)小木板的位置,直至小車不受牽引時(shí),紙帶打出的點(diǎn)間距均勻。(3)將橡皮筋的一端固定在長(zhǎng)木板前端的鐵釘上,另一端固定在小車前端的鉤子上,將小車置于靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,釋放小車。(4)用2根、3根、4根、5根相同的橡皮筋分別代替1根橡皮筋重做實(shí)驗(yàn),保證每次釋放小車的位置相同,即橡皮筋被拉長(zhǎng)的長(zhǎng)度相同。(5)在上述實(shí)驗(yàn)中打出的5條紙帶上分別找出小車近似做勻速運(yùn)動(dòng)的點(diǎn),并分別求出勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度v,將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表中。(6)根據(jù)記錄的W、v數(shù)據(jù),在坐標(biāo)紙上作出合適的圖象。(7)整理實(shí)驗(yàn)器材。5.數(shù)據(jù)處理圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),探究做功與物體速度變化的關(guān)系。6.注意事項(xiàng)(1)平衡摩擦力:為防止摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響,我們應(yīng)設(shè)法排除摩擦力的影響,可將木板一端墊高,使重力沿斜面方向的分力與摩擦力平衡,從而消除摩擦力的影響。判斷已平衡掉摩擦力的方法是輕推一下小車,觀察到小車不受其他力時(shí)能在木板上勻速運(yùn)動(dòng)。(2)在方案二中,我們用2根、3根相同的橡皮筋進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn),每次實(shí)驗(yàn)時(shí)使小車從同一地點(diǎn)靜止釋放,使橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度保持一致。(3)在方案二中,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。考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)原理和操作典例典例1如圖所示,在“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,(1)下列說(shuō)法正確的是。A.為減小實(shí)驗(yàn)誤差,長(zhǎng)木板應(yīng)水平放置B.實(shí)驗(yàn)中需要算出橡皮筋做功的具體數(shù)值C.通過(guò)增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對(duì)小車做的功成整數(shù)倍增加D.小車在橡皮筋拉力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)后,小車做勻速運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3(2)用該裝置實(shí)驗(yàn)時(shí),不可缺少的操作是。A.測(cè)出小車的質(zhì)量B.測(cè)出橡皮筋的伸長(zhǎng)量C.用量角器測(cè)出長(zhǎng)木板的傾角D.改變橡皮筋條數(shù)后將小車從同一位置釋放 答案解析解析關(guān)閉(1)為使橡皮筋做的功為合力的功,必須平衡摩擦力,故A錯(cuò);本實(shí)驗(yàn)用橡皮筋對(duì)小車做功的整數(shù)倍來(lái)進(jìn)行研究,故B項(xiàng)錯(cuò),C項(xiàng)正確;橡皮筋的力是變力,小車在橡皮筋拉力作用下做的不是勻變速直線運(yùn)動(dòng),故D錯(cuò)。(2)該實(shí)驗(yàn)中小車的質(zhì)量、橡皮筋的伸長(zhǎng)量及長(zhǎng)木板的傾角都不需要測(cè)量,故選D。 答案解析關(guān)閉 (1)C(2)D考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理典例典例2“探究彈力做功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,當(dāng)小車在兩條橡皮筋作用下彈出時(shí),橡皮筋對(duì)小車做的功記為W0。當(dāng)用4條、6條、8條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、第4次實(shí)驗(yàn)時(shí),橡皮筋對(duì)小車做的功記為2W0、3W0、4W0每次實(shí)驗(yàn)中由靜止彈出的小車獲得的最大速度均可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出?？键c(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法正確的是。A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以用直流電源供電,電壓為46VB.實(shí)驗(yàn)中使用的若干根橡皮筋的原長(zhǎng)可以不相等C.每次實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出D.利用每次測(cè)出的小車最大速度vmax和橡皮筋做的功W,依次作出的圖象,得出合力做功與物體速度變化的關(guān)系考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3(2)如圖給出了某次在正確操作情況下打出的紙帶,從中截取了測(cè)量物體最大速度所用的一段紙帶,測(cè)得O點(diǎn)到A、B、C、D、E各點(diǎn)的距離分別為OA=5.65cm,OB=7.12cm,OC=8.78cm,OD=10.40cm,OE=11.91cm。已知相鄰兩點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s,則小車獲得的最大速度vmax=m/s?？键c(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3解析: (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器只能用電壓為46V的交流電源供電,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中使用的若干根橡皮筋的原長(zhǎng)必須相等,否則實(shí)驗(yàn)誤差太大,甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;每次實(shí)驗(yàn)都應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出,才能保證橡皮筋的形變量相同,選項(xiàng)C正確;利用圖象可以減小實(shí)驗(yàn)誤差,能更直觀地反映出合力做功與物體速度變化的關(guān)系,選項(xiàng)D正確。(2)由圖及所給數(shù)據(jù)可知小車一定在BC間獲得最大速度,所以答案: (1)CD(2)0.83考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3典例典例3某同學(xué)為探究“合力做功與物體速度變化的關(guān)系”,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn),他的操作步驟是:按圖擺好實(shí)驗(yàn)裝置,其中小車質(zhì)量M=0.20kg,鉤碼總質(zhì)量m=0.05kg。釋放小車,然后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(電源頻率為f=50Hz),打出一條紙帶。考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3(1)他在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條,如下圖所示。把打下的第一點(diǎn)記作0,然后依次取若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出,用厘米刻度尺測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)距離分別為d1=0.004m,d2=0.055m,d3=0.167m,d4=0.256m,d5=0.360m,d6=0.480m他把鉤碼重力(g取9.8m/s2)作為小車所受合力算出打下0點(diǎn)到打下第5點(diǎn)合力做功W=J(結(jié)果保留三位有效數(shù)字),打下第5點(diǎn)時(shí)小車的速度v5=m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)?？键c(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3(2)此次實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果,他沒(méi)能得到“合力對(duì)物體做的功Wv2”的結(jié)論,且誤差很大。通過(guò)反思,他認(rèn)為產(chǎn)生誤差的原因如下,其中正確的是。A.鉤碼質(zhì)量太大,使得合力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多B.沒(méi)有平衡摩擦力,使得合力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多C.釋放小車和接通電源的次序有誤,使得動(dòng)能增量的測(cè)量值比真實(shí)值偏小D.沒(méi)有使用最小刻度為毫米的刻度尺測(cè)距離也是產(chǎn)生此誤差的重要原因考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3解析: (1)根據(jù)題意物體所受合外力為:F=mg=0.059.8=0.49N,根據(jù)功的定義可知:W=Fd5=0.176J;根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過(guò)程中的平均速度,可以求出第5個(gè)點(diǎn)的速度大小為:(2)設(shè)繩子上拉力為F,根據(jù)牛頓第二定律有:對(duì)小車:F=Ma;對(duì)鉤碼:mg-F=ma;可得,由此可知當(dāng)Mm時(shí),鉤碼的重力等于繩子的拉力,因此當(dāng)鉤碼質(zhì)量太大時(shí),會(huì)造成較大誤差,故A正確;實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行平衡摩擦力操作,若沒(méi)有平衡摩擦力直接將鉤碼重力做的功當(dāng)做小車合外力做的功,會(huì)造成較大誤差,故B正確;釋放小車和接通電源的順序有誤,影響打點(diǎn)多少,不一定會(huì)使動(dòng)能的測(cè)量值偏小,故C錯(cuò)誤;距離的測(cè)量產(chǎn)生的誤差不是該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的主要誤差,故D錯(cuò)誤。答案: (1)0.1761.12(2)AB考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)3誤差與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)典例典例4某同學(xué)利用如圖所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系。步驟一:小物塊在橡皮筋的作用下彈出,沿水平桌面滑行,之后平拋落至水平地面上,落點(diǎn)記為M1;步驟二:在釘子上分別套上2條、3條、4條同樣的橡皮筋,使每次橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都保持一致,重復(fù)步驟一,小物塊落點(diǎn)分別記為M2、M3、M4考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3步驟三:測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。(1)為求出小物塊拋出時(shí)的動(dòng)能,需要測(cè)量下列物理量中的()。A.小物塊的質(zhì)量mB.橡皮筋的原長(zhǎng)xC.橡皮筋的伸長(zhǎng)量xD.桌面到地面的高度hE.小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離L(2)將幾次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小物塊做功分別記為W1、W2、W3小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離分別記為L(zhǎng)1、L2、L3若功與速度的二次方成正比,則應(yīng)以W為縱坐標(biāo)、為橫坐標(biāo)作圖,才能得到一條直線。(3)由于小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略,則由此引起的誤差屬于(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3解析: (1)根據(jù)動(dòng)能的定義可知,有物體的質(zhì)量和速度可以計(jì)算其動(dòng)能,所以必須測(cè)量小物塊的質(zhì)量和其水平速度,由于小物塊做平拋運(yùn)動(dòng),所以測(cè)量桌面到地面的高度和小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離后,可以根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律計(jì)算其初速度。(2)由于功W與速度的二次方v2成正比,而小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離L又與速度v成正比,所以功W與小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離的二次方L2成正比。(3)由于多次測(cè)量無(wú)法抵消小物塊與桌面之間的摩擦引起的誤差,所以該誤差為系統(tǒng)誤差。答案: (1)ADE(2)L2(3)系統(tǒng)誤差