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1、1.通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系.2.体会探究过程和所使用的方法 【实验目的】1通过实验探究外力对物体做功与物体速度变化的关系2通过分析实验数据，总结出做功与物体速度的平方的正比例关系. 【实验原理】探究功与速度变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同的功时物体的速度，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用图1所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加，再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度v.【实验器材】小车(前面带小钩)、100 g200 g砝码、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)，打点计时器及纸带、学生电源及导线
2、(使用电火花计时器则不用学生电源)、56条等长的橡皮筋、刻度尺【实验步骤】1按如图1所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力图12先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为W1，将这一组数据记入表格3用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这时橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格4用3条、4条橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格.【数据处理】先对测量数据进行估计，或者作个Wv草图，大致判断两个量可能是什么关系如果认为可能是Wv2，对于每一个速度值算出它的二次方，然后以W为纵坐标、v2为横坐标作图
3、，如果这样作出来的图象是一条直线，说明两者关系真的就是Wv2.【误差分析】1误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比2没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差3利用打点的纸带计算小车的速度时，测量不准会带来误差【注意事项】1平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡方法是轻推小车，由打点计时器j打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到木板一个合适的倾角2测小车速度时，应选纸带上点距均匀的部分，也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点3橡皮筋应选规格一样的力对小车做的功以一条橡条筋做的功为单位即可，不
4、必计算出具体数值这是本实验的技巧之一，这里通过转换单位的方法巧妙地解决了这一难题，这也是物理实验中常用的一种思想和手段(历史上卡文迪许扭秤实验和这里相似)高频热点一实验原理及数据处理【例1】如图1所示是某研究性学习小组的同学做探究“橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形。这时，橡皮筋对小车做功记为W。当用2条、3条、n条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第n次实验时，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放。小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出，图2甲为某次实验中打出的纸带。图1(1)除了图中已给出的实验器材和电源外，还需
5、要的器材有_。(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是_。(3)每次实验得到的纸带上的点分布并不都是均匀的，为了测量小车最终获得的末速度，应选用纸带的_部分进行测量。(4)下面是本实验的数据记录及数据处理表。橡皮筋做的功Wn(J)10个间隔均匀的点的距离s(m)10个间隔均匀的点的时间T(s)小车获得的末速度vn(m/s)小车获得的末速度的平方v(m2/s2)1W1W0.2000.21.001.002W12W0.2820.21.411.993W33W0.3000.21.502.254W44W0.4000.22.004.005W55W0.4580.22.245.02从理论上讲，
6、橡皮筋做的功Wn与物体获得的速度vn之间的关系是Wn_，请你运用表中的数据在如图乙所示的坐标系中作出相应的图象，以验证理论的正确性。图2解析(1)要计算某点速度的大小，必须要测量纸带上计数点间的距离，除了题图中已给出的实验器材【变式训练】 “探究功与速度变化的关系”的实验装置如图3所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W；当用2条、3条、4条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W、3W、4W每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出。图3(1)关于该实验，下列说法正确的是_。A打点计时器可以用干电池供电B实验仪
7、器安装时，可以不平衡摩擦力C每次实验小车必须从同一位置由静止弹出D利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次作出Wvm、Wv、Wv，W2vm、W3vm的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系。(2)如图4所示，给出了某次实验打出的纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带，测得A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为AB1.48 cm，BC1.60 cm，CD1.62 cm，DE1.62 cm；已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s，则小车获得的最大速度vm_m/s。(结果保留两位有效数字)图4【举一反三】小明利用如图甲所示的实验装置完成了探究合外力做功与动能变化的关系，已知打点
8、计时器所接电源的周期为T0.02 s。根据题中的实验装置和所掌握的知识回答下列问题：(1)关于本实验的操作，下列叙述中正确的是_；A在每次操作时都应先接通电源后释放小车B每改变一次橡皮筋的条数都应重新平衡摩擦力C小明在某次操作时得到的纸带上的点中间稀疏、两端密集，其原团是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足D在求小车的最大速度时，为了减小实验误差应选取纸带上的第一个点和最后一个点来计算(2)在实验过程中小明取多条完全相同的橡皮筋进行实验，第1次将1条橡皮筋挂在小车上，由某一位置释放，将橡皮筋对小车所做的功记为1W；第2次将两条橡皮筋并在一起挂在小车上，并由同一位置释放，将橡皮筋对小车所做的功记为2W
9、；第3次将三条橡皮筋并在一起挂在小车上，并由同一位置释放，将橡皮筋对小车所做的功记为3W橡皮筋与小车作用结束后的速度可通过打点计时器打出的纸带测出。若某次操作过程中打出的纸带如图乙所示，则本次操作中小车所获得的速度为_m/s(结果保留两位小数)。答案：(1)AC(2)2.00高频热点二拓展创新实验【例2】某学习小组利用如图6所示的装置验证动能定理。图6(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离s_ cm；(2)测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间t1和t2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是_；(
10、3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？_(填“是”或“否”)。【变式训练】如图7所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：图7(1)为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做_运动。(2)连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图8所示的纸带。纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1 s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G.实验时小车所受拉力为0.2 N，小车的质量为0.2 kg。图8请计算
11、小车所受合外力做的功W和小车动能的变化Ek。补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)。OBOCODOEOFW/J0.043 20.057 20.073 40.091 5Ek/J0.043 00.057 00.073 40.090 7分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内WEk，与理论推导结果一致。(3)实验前已测得托盘质量为7.7103kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为_kg(g取9.8 m/s2，结果保留至小数点后第三位)。解析(1)若已平衡摩擦力，则小车在木板上做匀速直线运动。答案(1)匀速直线(或匀速)(2)0.111 50.110 5(3)0.015【举一反三】为了测量小铁
12、块与长木板之间的动摩擦因数，小勇同学完成了下面的操作：将一轻弹簧固定在挡板M上，并将挡板固定在水平放置的长木板上，弹簧为原长时自由端位于图甲中的O点；将一小铁块紧靠轻弹簧的自由端并用力缓慢地压缩弹簧使小铁块运动至图甲中的A处；现将小铁块无初速度释放，小铁块在图甲中的O点与弹簧分离，且当小铁块运动到B点时速度减为零；将长木板固定在水平桌面上，并将挡板M的位置进行调整，当轻弹簧为原长时其最右端位于长木板最右端的O点，现仍将小铁块紧靠轻弹簧的自由端缓慢地压缩弹簧使小铁块运动至图乙中的C处，且使OCOA，将小铁块由C点无初速度释放，小铁块最终落在地面上的D点。今已测得O、B两点间的距离为L，O点与水平
13、地面间的高度差为h。小铁块可视为质点，忽略空气阻力，回答下列问题。(1)为了能够完成本次测量，小勇同学还应测量的量为：_；(2)请根据小勇同学的测量写出动摩擦因数的表达式：_。(用字母表示)答案：(1)O与D点间的水平距离x(2)5【2017北京卷】（18分）如图1所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验。（1）打点计时器使用的电源是_（选填选项前的字母）。A直流电源 B交流电源（2）实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是_（选填选项前的字母）。A把长木板右端垫高 B改变小车的质量在不挂重物且_（选填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。A计时器不打点 B计时器打点（3）接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O。在纸带上依次取A、B、C若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T。测得A、B、C各点到O点的距离为x1、x2、x3，如图2所示。实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg。从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W=_，打B点时小车的速度v=_。（4）以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据作出如图3所示的
