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1、第5讲,实验：探究功与速度变化的关系 验证机械能守恒定律,一、探究功与速度变化的关系 1实验方法：分别用1条、2条、3条相同的橡皮筋拉静止的小车运动相同的位移根据纸带所记录的物体运动的位移和对应的时间，探究拉力对小车做功与小车速度变化的关系 2需要取得的数据：小车做匀速运动的位移和对应的时间.取得数据的方法是：用刻度尺测量纸带上点迹均匀的某两点间的距离xn，用vx/t算出对应的速度vn.,3数据处理 方法一计算法：对每一计数点获得的数据进行计算并进行比较，若在误差允许的范围内，重力势能的减少量与动能的增加量相等，就可以得出机械能守恒的结论 方法二图象法：以v2/2为纵轴，以h为横轴画出图线，若
2、是一条通过原点的直线，则可以得出机械能守恒的结论图线的斜率表示重力加速度g.,1功与速度变化的关系的探究方法是怎样的？ 解答：(1)按图551安装器材，并将木板上固定打点计时器的一端稍微垫高，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力平衡(以小车能做匀速运动，即纸带上的点迹均匀为准)，以消除摩擦力的影响,(2)先用一条橡皮筋做实验，用标尺记录小车的初始位置，让橡皮筋将小车弹出，用打点计时器打出的纸带测出小车被弹出后的速度v1(作用完毕后小车匀速运动)，设此过程中橡皮筋对小车做功W1，将数据记入表格 (3)改用两条完全相同的橡皮筋做上述实验，小车要从第一次实验的位置开始运动，保证橡皮筋的拉伸长度与第一次相同
3、，则第二次橡皮筋对小车做的功W2为第1次的2倍，通过分析纸带求出第2次的速度v2.,(4)改用3条、4条橡皮筋重复上述实验，用同样的方法得出功W3、W4和速度v3、v4 (5)分析数据，看W与v是什么关系,2验证机械能守恒定律的实验步骤是什么？ 解答：(1)如图552安装器材，注意计时器要竖直架稳,(2)将长约0.6m的纸带固定在重物上之后穿过计时器，用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方(3)接通电源，松开纸带，让重物自由下落(4)换几条纸带重做在打下的纸带中挑选第一、二两点间距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量，得出各点到第一个点的距离hn.(5)算出各点的瞬时速度vn.(6)计
4、算各点对应的重力势能减少量mghn，并和对应的动能增加量mvn2/2进行比较,3两个实验的误差情况如何？ 解答：(1)在“探究功与物体速度变化关系”实验中，误差主要来源于以下两个方面：选用橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力与橡皮筋的条数不成正比；没有平衡阻力或平衡阻力时木板与水平面间的夹角偏小或偏大因此，我们将有打点计时器的木板一端适当垫高，使拖着纸带的小车，在打点计时器正常工作的情况下，能够匀速下滑，从而减小误差,(2)“验证机械能守恒定律”实验中，重物和纸带下落时，纸带要受到打点计时器的阻力(电火花计时器的阻力小于电磁打点计时器的阻力)，重物要受空气的阻力重物克服这些阻力做功，有机械能
5、向内能转化 因此，我们在选择重物时应选择质量和密度较大的在安装打点计时器时，应使其在竖直平面内，且使两个限位孔在同一竖直线上，从而减小阻力，减小误差,4两个实验的过程中各应注意什么？ 解答：(1)在“探究功与速度变化的关系”实验中，应注意： 选橡皮条时应注意选择的橡皮条长度相同，粗细均匀在长木板上，小车、铁钉、打点计时器的位置应调整适当，以保证打出的纸带上的点便于处理打出的纸带上的点并不全都均匀，应选间距均匀的那一段来计算小车的速度小车质量较小，当用多条橡皮条时小车速度过大可能使打出的纸带上的点少，难以选到合适的点计算小车的速度，可在小车上加100g200g的砝码,1探究功与速度变化的关系 例
6、1：关于“探究功与速度变化的关系”的实验中，下列叙述正确的是() A每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值 B每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致 C放小车的长木板应该尽量使其水平 D先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出,解析：本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要测出以后每次实验时橡皮筋做的功是第一次的多少倍就足够了，A错； 每次实验时橡皮筋拉伸的长度必须保持一致，只有这样才能保证以后每次实验时橡皮筋做的功是第一次的整数倍，否则，功的数值难以测定，B错；,小车运动过程中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，才能减小误差，C错； 实验时，应该先接通电源，让打点计
7、时器开始工作，然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出，D正确,答案：D,变式训练1：在“探究功与物体速度变化关系”的实验中，甲、乙两位同学的实验操作均正确甲同学根据实验数据作出了功和速度的关系图线，即Wv图，如图553甲所示，并由此图线得出“功与速度的平方一定成正比”的结论乙同学根据实验数据作出了功与速度平方的关系图线，即Wv2图，如图乙，并由此也得出“功与速度的平方一定成正比”的结论关于甲、乙两位同学的分析，你的评价是( ),A甲的分析不正确，乙的分析正确 B甲的分析正确，乙的分析不正确 C甲和乙的分析都正确 D甲和乙的分析都不正确,答案：A,2验证机械能守恒定律 例2：在“验证机械能守恒定律”的
8、实验中，所用电源的频率为50Hz，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图554所示(图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D、E分别是每打两个点取的计数点，单位：mm)根据纸带计算：,(1)若重物质量为mkg，则重物从开始下落到打B点时，减少的重力势能； (2)重物下落到B点时增加的动能； (3)从(1)(2)数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？,变式训练2：(2010黄冈检测)如图555所示，甲、乙两图都是用来“验证机械能守恒定律”的装置，已知该打点计时器的打点频率为50Hz.,(1)甲、乙两图相比较，_图所示的装置较好，其原因是_ _.
9、,用夹子固定纸带，可以避免乙图中用手握住纸带的弊端，一方面，由于手的抖动会造成纸带上的第一个点迹被拖长或位置不确定；另一方面，用夹子固定纸带便于将纸带调整为竖直方向，避免纸带与打点计时器限位孔之间产生过大的摩擦(两方面答出其一即可),甲,(2)丙图是采用较好的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带，其中O为打出的第一个点，标为1，后面依次打下的一系列点迹分别标为2、3、4、5经测量，第1、2两点间的距离小于1mm，对此小张和小李两位同学展开了讨论小张同学认为：由自由落体运动可知，纸带如从静止开始下落，则1、2两点间的距离应接近2mm，这样的纸带不能用来进行实验数据的处理；小李同学认为：纸
10、带上1、2两点间的距离没有接近2mm是因为打第一个点时纸带速度不为0，所以不要从第一点开始计算，我们必须从后面的计数点中取点算出速度与高度来验证机械能守恒定律,两人的观点是否正确？_；纸带上1、2两点间的距离远小于2mm的主要原因是_ _.,都不正确,做本实验时没有必要刻意选择1、2点间距离接近2mm的纸带，如果1、2点间的距离小于2mm，意味着打第1个点时纸带未同步开始下落，而是有些滞后，打第一个点时纸带速度为0，故两人观点都不正确,正比例函数图像,g,变式训练3：某同学在用落体法验证机械能守恒定律时，进行了以下步骤： A把电磁打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器接在低压交流电源上
11、B将连有重物的纸带穿过打点计时器的限位孔，提稳纸带 C释放纸带，然后接通电源开关，打出一条纸带 D更换纸带，重复B、C步骤，选出点迹清晰符合要求的纸带,CE,3.实验方法的变化 例3：小明利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律，实验装置的示意图如图555所示，当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间所用的光电门传感器可测的最短时间为0.01s.将挡光效果好、宽度为d3.8103m的黑色磁带若干段贴在透明直尺上，让直尺从一定高度由静止释放，并使其竖直通过光电门某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间ti与高度差hi，并将部分数据进行了处理，结果如下表所示(取g9.8
12、m/s2，表格中M为直尺质量),(1)请将表格中数据填写完整 (2)从该实验可得Ekh的图象是_,答案： (1) 4.22;4.00M 或4.01M；4.01或4.02M (2) C,变式训练4：某实验小组利用如图557所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒,(1)实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？_.,接通气源，将滑块静止置于气垫导轨上，若滑块基本保持静止，则说明导轨是水平的(或取下钩码，轻推滑块，滑块基本能做匀速直线运动),滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s,(2)如图558所示(经放大后的)，游标卡尺测得遮光条的宽度d_cm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间t1.2102s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为_m/s.在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、_ _和 _(文字说明并用相应的字母表示),0.52,0.43,滑块的质量M,
