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1、实验五 探究动能定理 实验溯本求源 实验热点探究 课时巩固训练 教师备用习题 一 实验目的 探究外力对物体做功与物体 的关系 通过实验数据分析 总结 出做功与物体速度平方的正比关系 实验方案一 探究恒力做功与速度变化 1 实验原理 重物通过滑轮牵引小车 当小车的质量比重物 的质量大得多且摩擦力忽略不计时 可以把重物所受的 当作小车受到的牵引 力 如图S5 1所示 改变重物的质量或者改变小车运动的 也就改变了牵引力 做的功 从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系 动能变化 或速度变化 实验溯本求源 图S5 1 重力 距离 2 实验器材 小车 一端带滑轮的长木板 砝码 钩码 打点计时器 纸带
2、 等 3 实验步骤 1 垫高木板不带滑轮的一端 2 在小车中放入砝码 把纸带穿过打点计时器 连在小车后端 用细线绕过滑轮连接小 车和钩码 3 将小车停在打点计时器附近 先接通电源 再释放小车 关闭打点计时器电源 4 改变钩码的数量 更换纸带重复进行操作 天平 刻度尺 实验溯本求源 平衡摩擦力 4 注意事项 1 实验前必须首先平衡摩擦力 2 必须保证所悬挂钩码的重力远小于小车的重力 这时钩码的重力才近似等于小车 所受的合外力 5 数据处理 1 小车受到的合外力F 大小近似等于所挂钩码的重力mg 故用天平测出钩码的质量 m 可得F mg 2 通过纸带测小车的位移l 3 求出合力对小车做的功W Fl
3、 mgl 实验溯本求源 实验溯本求源 图S5 2 1 一根橡皮筋作用在小车上移动距离x 做功为W 2 两根橡皮筋作用在小车上移动距离x 做功应为 3 三根橡皮筋作用在小车上移动距离x 做功应为 4 利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度 列表 作图 由图像可以确定功与速 度变化的关系 2 实验器材 小车 木板 纸带 铁钉等 实验溯本求源 2W 3W 橡皮筋 打点计时器 刻度尺 3 实验步骤 1 垫高木板的一端 平衡 2 拉伸的橡皮筋对小车做功 用一条橡皮筋拉小车 做功为W 用两条橡皮筋拉小车 做功为2W 用三条橡皮筋拉小车 做功为3W 3 测出每次做功后小车获得的 4 分别用各次实验测得的v和
4、W绘制W v或W v2 W v3 图像 直到明确得出W和v 的关系 实验溯本求源 摩擦力 速度 4 实验注意事项 1 将木板一端垫高 使小车的重力沿斜面向下的分力与 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 运动 找到 长木板的一个合适的倾角 2 测小车速度时 应选纸带上点迹均匀的部分 也就是选小车做 运动的部分 3 橡皮筋应选规格相同的 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 4 小车质量应大一些 使纸带上打的点多一些 实验溯本求源 摩擦阻力 匀速 5 实验探究的技巧与方法 1 不直接计算W的数值 而只是看第2次 第3次 实验中的W
5、是第1次的多少倍 简 化数据的测量和处理 2 作W v图像 或W v2 W v3图像 直到作出的图像是一条倾斜的直线 6 实验结论 物体速度v与外力做功W间的关系 W与v2成正比 实验溯本求源 热点一 实验原理与实验操作 实验热点探究 例1 某实验小组用如图S5 3所示的实验装置和实验器材做 探究做功与物体速度变 化的关系 实验 在实验中 该小组同学把沙 和沙桶的总重力当作小车受到的合外力 1 为了保证实验结果的误差尽量小 在实验 操作中 下面的做法必要的是 填选项 前的字母 A 实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作 B 实验操作时要先释放小车 后接通电源 图S5 3 实验热点探究 C 在利用纸
6、带进行数据处理时 所选的两个研究点离得越近越好 D 在实验过程中要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量 2 除实验装置中的仪器外 还需要的测量仪器有 3 图S5 4为实验中打出的一条纸带 现选取纸带中的A B两点来探究功与速度变化 的关系 已知打点计时器的打点周期为T 重力加速度为g 图中已经标明了要测量的物 理量 另外 小车的质量为M 沙和沙桶的总质量为m 请你把要探究的结果用题中给出 的字母表达出来 图S5 4 实验热点探究 解析 1 实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作 以保证小车所受合外力恰好是细 线的拉力 故A正确 实验操作时 若先放开小车 再接通打点计时器电源 由于小车运 动较快 可
7、能打出来的点很少 不利于数据的采集和处理 故B错误 在利用纸带进行 数据处理时 所选的两个研究点离得越近测量误差越大 故C错误 在实验过程中要 保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量 这样才能使得沙和沙桶的总重力近似等 于细线对小车的拉力 故D正确 2 本实验需要测沙和沙桶的总质量 小车的质量 还需要测纸带上各点的距离 所以所需的器材还应有天平和刻度尺 实验热点探究 实验热点探究 变式题 某学习小组做 探究做功与物体速度变化的关系 实验的装置如图S5 5所 示 图中小车在一条橡皮筋作用下弹出 弹出后沿木板滑行 橡皮筋对小车做的功记为 W 用2条 3条 完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次 第3次
8、实验 每次实 验中橡皮筋伸长的长度都保持一致 每次实验中小车获得的速度根据打点 计时器打在纸带上的点进行计算 图S5 5 实验热点探究 1 除了图中已有的实验器材外 还需要导线 开关 刻度尺和 选填 交流 或 直流 电源 2 实验中 小车会受到摩擦力的作用 可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力 则下面操作 正确的是 填选项前的字母 A 放开小车 小车能够自由下滑即可 B 放开小车 小车能够匀速下滑即可 C 放开拖着纸带的小车 小车能够自由下滑即可 D 放开拖着纸带的小车 小车能够匀速下滑即可 实验热点探究 3 若木板水平放置 小车在两条橡皮筋作用下运动 当小车速度最大时 关于橡皮筋所 处的状态与小车
9、所在的位置 下列说法正确的是 填选项前的字母 A 橡皮筋处于原长状态 B 橡皮筋仍处于伸长状态 C 小车在两个铁钉的连线处 D 小车已过两个铁钉的连线 4 在正确操作的情况下 打在纸带上的点并不都是均匀的 为了测量小车获得的速度 应选用纸带的 部分进行测量 根据如图S5 6所示的纸带回答 图S5 6 实验热点探究 解析 1 打点计时器使用的是交流电源 2 平衡摩擦力时 应将纸带穿过打点计时器 放开拖着纸带的小车 小车能够匀速下 滑即可 D正确 3 水平放置木板 放开小车后 小车做加速运动 当橡皮筋的拉力等于摩擦力时 小车 的速度最大 此时橡皮筋仍处于伸长状态 小车没过两个铁钉的连线 B正确 A
10、 C D错误 4 从纸带上看 纸带的GJ段打点比较均匀 所以应选用纸带的GJ段进行测量 热点二 数据处理与误差分析 实验热点探究 例2 某同学为探究做功与物体速度变化的关系 设计了如下实验 他的操作步骤是 A 安装好实验装置如图S5 7所示 B 将质量为200 g的小车拉到打点计时器附近 并按住小车 C 在质量为10 g 30 g 50 g的三种钩码中 他挑选 了一个质量为50 g的钩码挂在绳子的挂钩P上 D 打开打点计时器的电源 释放小车 打出一条纸带 图S5 7 实验热点探究 1 在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条 经测量 计算 得到如下数 据 g取10 m s2 第1个点到第
11、N个点的距离为40 0 cm 打下第N点时小车的速度大小为1 00 m s 该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力 算出拉力对小车做的功为 J 小车 动能的增量为 J 2 此次实验探究结果 他没能得到 恒力对物体做的功等于物体动能的增量 且误差 很大 显然在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素 请你根据该同学的实验装 置和操作过程帮助分析一下 造成较大误差的主要原因是 至少答两条原因 实验热点探究 答案 1 0 20 0 10 2 小车质量没有远大于钩码质量 没有平衡摩擦力 实验热点探究 变式题 如图S5 8所示是某研究性学习小组做 探究做功与物体速度变化的关系 实 验时 小车在一条橡皮筋作用
12、下弹出并沿木板滑行的情形 这时 橡皮筋对小车做的功 记为W 当把2条 3条 完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次 第3次 实验 时 每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放 小车在每次实验中获得的速度由打点计时 器打出的纸带测出 图S5 8 实验热点探究 1 除了图中已给出的实验器材外 还需要的器材有 2 平衡摩擦力后 每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的 为了测量小车获得的 速度 应选用纸带 的部分进行测量 3 下面是本实验的数据记录表 请将第2次 第3次 实验中橡皮筋做的功填写在 对应的位置 实验热点探究 实验热点探究 4 从理论上讲 橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn 请你根 据表中
13、测定的数据在如图S5 9所示的坐标系中作出相应的图像验证理论的正确性 图S5 9 实验热点探究 答案 1 刻度尺 2 点距均匀 3 2W 3W 4W 5W 4 图略 热点三 实验拓展与实验创新 实验热点探究 实验器材及装 置的替换 实验热点探究 数据测量的改进 实验方案的迁移 利用自由落体运动探究功和动能变化的关系 实验热点探究 图S5 10 实验热点探究 1 为减小实验误差 弹射装置距离轨道端点O应该 选填 近些 或 远些 2 实验中 选填 需要 或 不需要 测量桌面的高度 3 改变弹簧的压缩量x 并测出对应的小球做平抛运动的水平位移s 在图S5 11的坐标 纸中根据已描出的点作出合理的图线
14、 图S5 11 实验热点探究 实验热点探究 课时巩固训练 1 做 探究功和速度变化的关系 实验时 有如图S5 12甲 乙所示的两套实验装置 请 回答下列问题 1 两种实验装置都必须满足的条件或进行的操作是 填选项前的字母 A 都需要平衡摩擦力 B 小车的质量必须足够大 甲图中小车的质量要远大于橡皮筋的质量 乙图中小车的 质量要远大于钩码的质量 C 木板必须是光滑的 D 所用的打点计时器都必须使用交流电源 课时巩固训练 图S5 12 课时巩固训练 2 用图甲实验装置打的纸带如图丙所示 其中在AG段小车做加速运动 在GJ段小车 做匀速运动 那么应该用 选填 AG 或 GJ 段来计算小车的速度 3
15、用图乙实验装置打出的纸带如图丁所示 某同学想利用BE段验证动能定理 测出 纸带上A C间的距离为s1 D F间的距离为s2 B E间的距离为s3 该同学又用天平分 别测出小车质量为M 钩码的总质量为m 已知打点计时器的打点频率为f 重力加速 度为g 从打B点到打E点的过程中 合力对小车做的功是 小车动能的增量是 用题中的物理量符号表示 课时巩固训练 课时巩固训练 课时巩固训练 2 用如图S5 13甲所示装置探究功与速度变化的关系 进行的主要操作步骤如下 a 不挂橡皮筋 调整木板的倾斜程度 使小车拖动纸带匀速运动 b 将小车拉至靠近打点计时器处 接通打点计时器电源 放开小车 c 加挂一条 两条相
16、同的橡皮筋 重复b步骤 图S5 13 课时巩固训练 课时巩固训练 2 若挂一条橡皮筋时E点之后相邻两点之间的距离均为x1 挂两条时E点之后相邻两 点之间的距离均为x2 则x1 x2 3 若测得A B C D四点之间的距离分别为xAB xBC xCD 则 填选项前 的字母 A xBC xAB xCD xBC B xBC xABxCD xBC 课时巩固训练 课时巩固训练 3 2018 福州十中月考 探究外力做功与物体动能变化关系的实验装置如图S5 14所 示 根据实验中力传感器读数和纸带的测量数据 可求得外力对小车做的功和小车动能的变化 1 关于该实验 下列说法中正确的是 填选 项前的字母 A 调整滑轮高度 使连接小车的细线与木板平行 B 实验中要始终满足钩码的质量远小于小车的质量 C 若纸带上打出的是短线 可能是打点计时器输入电压过高造成的 D 平衡摩擦力时 调整垫块的高度 改变钩码质量 使小车能在木板上做匀速运动 图S5 14 课时巩固训练 2 除了图中给出的器材外 实验中还需要交流电源 导线 刻度尺和 3 某次实验中打出了一条纸带 其中一部分如图S5 15所示 图中各点是连续的计时
