《2018-2019学年高中物理 第四章 机械能和能源 4 课时2 实验：研究合外力做功和动能变化的关系学案 教科版必修2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018-2019学年高中物理 第四章 机械能和能源 4 课时2 实验：研究合外力做功和动能变化的关系学案 教科版必修2（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、课时2实验：研究合外力做功和动能变化的关系学习目标1.通过实验探究合外力对物体做的功与物体动能变化的关系.2.学习利用图像法研究合外力做功与物体动能变化的关系一、原理由钩码通过滑轮牵引小车，当小车的质量比钩码大得多时，可以把钩码所受的重力当作小车受到的牵引力如图1所示图1改变钩码的质量或者改变小车运动的距离，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二、实验步骤1按如图1所示安装好实验仪器2平衡摩擦力：让纸带穿过打点计时器连在小车后端，不挂(填“不挂”或“挂上”)钩码，将安装有打点计时器的长木板的一端垫高，直到接通电源，轻推小车后，打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点为
2、止3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4将小车停在打点计时器附近，先接通电源，再释放小车，小车运动一段时间，关闭打点计时器电源5改变钩码的数量，更换纸带重复4的操作三、数据处理1选取点迹清晰的纸带，选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0、1、2、3.2测出0到点1、点2、点3的距离，即对应的小车的位移x1、x2、x3，利用公式vn求出点1、点2、点3对应的瞬时速度v1、v2、v3.3确定此纸带所挂的钩码的重力G，利用WnGxn，分别求出小车的位移为x1、x2、x3时牵引力所做的功W1、W2、W3.4先对测量数据进行估算，或作Wv草图
3、，大致判断两个量可能的关系，如果认为是Wv2(或其他)，然后以W为纵坐标，v2(或其他)为横坐标作图，从而判定结论四、注意事项1平衡摩擦力时，不挂钩码，轻推小车后，小车能做匀速直线运动2计算牵引力做功时，可以不必算出具体数值，只用位移的数值与符号G的乘积表示即可.一、实验原理与操作例1某实验小组采用如图2甲所示的装置来探究“合外力做功和动能变化的关系”实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面实验的部分步骤如下：图2将一块一端带有定滑轮的长木板固定在桌面上，在长木板的另一端固定打点计时器；把纸带穿过打点计时器的限位孔，连在小车后端，用细线跨过定滑轮连接小车和钩码；把小车拉到靠近打点计时器的位
4、置，接通电源，从静止开始释放小车，得到一条纸带；关闭电源，通过分析小车位移与速度的变化关系来研究合外力对小车所做的功与速度变化的关系图乙是实验中得到的一条纸带，点O为纸带上的起始点，A、B、C是纸带的三个计数点，相邻两个计数点间均有4个点未画出，用刻度尺测得A、B、C到O的距离如图乙所示，已知打点计时器所用交变电源的频率为50 Hz，问：(1)打B点时刻，小车的瞬时速度vB_ m/s.(结果保留两位有效数字)(2)本实验中，若钩码下落高度为h1时合外力对小车所做的功为W0，则当钩码下落h2时，合外力对小车所做的功为_(用h1、h2、W0表示)(3)实验中，该小组同学画出小车位移x与速度v的关系
5、图像如图丙所示根据图丙，某同学对W与v的关系作出的猜想，肯定不正确的是_(填写选项前的字母代号)AWv BWv2CW DWv3(4)在本实验中，下列做法能有效地减小实验误差的是_(填写选项前的字母代号)A把长木板右端适当垫高，以平衡摩擦力B实验中控制钩码的质量，使其远小于小车的总质量C调节滑轮高度，使拉小车的细线和长木板平行D先放开小车再接通打点计时器的电源答案(1)0.40(2)W0(3)AC(4)ABC解析(1)匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，故有vB m/s0.40 m/s.(2)设钩码的质量为m，重力加速度为g，根据功的定义，有W0mgh1，Wmgh2，解得WW0.(3
6、)xv图像为过原点的曲线，故W与v一定不是正比关系，也一定不是反比关系故选A、C.(4)本实验探究“合外力做功和动能变化的关系”，要使钩码的重力等于小车所受的合外力，就必须先平衡摩擦力，保证钩码的质量远小于小车的总质量，故A、B正确；调节滑轮高度，使拉小车的细线和长木板平行，让力的方向和位移方向在同一直线上，可以减小误差，故C正确；应该先接通打点计时器的电源，后放开小车，故D错误二、数据处理例2某实验小组利用拉力传感器和速度传感器“研究力做功与动能变化的关系”如图3所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小在水平桌面上相
7、距50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B点时的速度大小，小车中可以放置砝码图3(1)实验主要步骤如下：测量_和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路将小车停在C点，_，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B点时的速度在小车内增加砝码或_，重复的操作(2)下表是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|v22v12|是两个速度传感器记录速度的平方差可以据此计算出动能变化量E，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功表格中的E3_，W3_.(结果保留3位有效数字)数据记录表
8、次数M/kg|v22v12|/(m2s2)E/JF/NW/J10.5000.760.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.2002.4201.21051.0002.841.4202.8601.430(3)根据表格，请在图4的方格纸上作出EW图线图4答案(1)小车释放小车减少砝码 (2)0.600 J0.610 J(3)见解析图解析(1)在实验过程中拉力对小车和拉力传感器做功使小车和拉力传感器的动能增加，所以需要测量小车和拉车传感器的总质量；通过控制变量法只改变小车的质量或只改变拉力大小得出不同的
9、数据(2)由各组数据可见规律EM|v22v12|，可得E30.600 J，观察FW数据规律可得W3 J0.610 J.(3)利用图像法处理数据，可知W与E成正比，作图可用描点法，图线如图所示【考点】探究功与速度变化的关系拓展创新实验【题点】探究功与速度变化的关系拓展创新实验1(实验原理与操作)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等组装的实验装置如图5所示图5(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些_(2
10、)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行他这样做的目的是下列的哪个_(填字母代号)A避免小车在运动过程中发生抖动B可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：_.(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些这一情况可能是下列哪些原因造成的_(填字母代号)A在接通
11、电源的同时释放了小车B小车释放时离打点计时器太近C阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力答案(1)刻度尺、天平(包括砝码)(2)D(3)可在小车上加适量砝码(或钩码)(4)CD解析(1)本实验需要知道小车的动能，因此还需要有天平测出小车的质量，用刻度尺测量纸带上点迹之间的长度，求出小车的瞬时速度(2)牵引小车的细绳与木板平行的目的是在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力，选项D正确(3)在保证所挂钩码数目不变的条件下要减小小车加速度可以增加小车的质量，故可在小车上加适量砝码(或钩码)(4)当小车在运动过程中存在阻力，拉力做正功和阻力做负功之和等于小
12、车动能增量，故拉力做功总是要比小车动能增量大一些；当钩码加速运动时，钩码重力大于细绳拉力，此同学将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，则拉力做功要比小车动能增量大，故只有C、D正确【考点】重物做功、探究功与速度变化的关系【题点】重物做功、探究功与速度变化关系的综合考查2(实验创新设计)物体在空中下落的过程中，重力做正功，物体的动能越来越大，为了“探究重力做功与物体动能变化间的定量关系”，我们提供了如图6所示的实验装置图6某同学根据所学的知识结合图中实验装置设计了一个适合本实验情景的命题：如图所示，设质量为m(已测定)的小钢球在重力mg作用下从开始自由下落至光电门发生的位移为x，通过光电门时的速度
13、为v，试探究外力做的功mgx与小球动能变化量mv2的定量关系(1)某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数据：用天平测定小球的质量为0.50 kg；用游标卡尺测出小球的直径为10.0 mm；用刻度尺测出电磁铁下端到_的距离为80.40 cm；电磁铁先通电，让小球_；让电磁铁断电，小球自由下落；在小球经过光电门时，计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50103 s；计算得出重力做的功为4.02 J，小球动能变化量为_ J(g取10 m/s2，结果保留三位有效数字)(2)试根据(1)中条件得出本实验的结论：_.答案(1)光电门吸在电磁铁下端4.00(2)在误差允许范围内重力做功与物体动能变化量相等1(多选)关于“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验，下列说法中正确的是()A应调节定滑轮的高度使细绳与木板平行B应调节定滑轮的高度使细绳保持水平C平衡摩擦力时，若纸带上打出的点越来越密，就应调大斜面倾角D平衡摩擦力时，若纸带上打出的点越来越疏，就应调大斜面倾角答案AC解析其他操作正确的条件下，实验中调节定滑轮高度，使细绳与木板平行，这样能使细绳对小车的拉力等于小车受的合力，A对，B错；纸带上打出的点越来越密，表明小车做减速运动，摩擦力平衡不够，这
