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1、实验五探究动能定理一、实验目的1 探究外力对物体做功与物体速度变化的关系.2 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.二、实验器材小车（前面带小钩）、100200g砝码、长木板及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（使用电火花计时器不用学生电源）、56条等长的橡皮筋、刻度尺.母题为了探究功与速度变化的关系，现提供如图实-5-1所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下弹出后沿木板滑行，请思考探究思路并回答下列问题.（打点计时器所接交流电频率为50Hz）图实-5-1（1）为了消除摩擦力的影响应采取的措施为（2）当我们分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条并起来进行第1
2、次、第2次、第3次实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致，我们把第1次实验中橡皮筋对小车做的功记为W.由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出，如图实-5-2所示是其中四次实验打出的部分纸带.啟送9两&叫2叫仔叫仔砒Z世rm徹曰怕旳2叭以巴岸叫严廿cm揪T召叫【尹叮严46,孑躺订严叭.歿【cni；4欢首一現忖加-忖潮图实-5-2试根据以上信息，填写下表.次数1234橡皮筋对小车做的功W小车速度v/(ms木板水平放置，小车在橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是.A.橡皮筋仍处于伸长状态B. 橡皮筋恰好恢复原长C.
3、 小车恰好运动到两个铁钉的连线处D. 小车已超过两个铁钉的连线处)2/2-2、v(ms)从表中数据可得出结论：【解析】(1)为了消除摩擦力，应将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度，使小车在不接橡皮筋时缓慢匀速下滑.(2) 由匀速运动的速度公式v二X，可求出小车的速度，其中x可从题图中读出，分别为2.00cm、2.83cm、3.46cm、4.00cm,交流电频率为50Hz,故T=0.02s.次数1234橡皮筋对小车做的功W2W3W4W小车速度v/(ms-1)1.001.421.732.002/2-2、v(ms)1.002.022.994.00在误差允许的范围内，橡皮筋对小车做的功与小车速度
4、的平方成正比.【答案】见解析借题悟法核心点拨1. 实验原理的理解第(1)问(1) 为使橡皮筋的拉力所做的功为合外力对小车所做的功，必须平衡小车的摩擦力.(2) 利用小车拖着纸带，小车匀速运动则摩擦力才算被平衡，此操作一是可通过纸带观察小车是否匀速，二是可同时平衡纸带运动所受的阻力.2. 利用纸带确定小车的末速度第(2)问(1) 橡皮筋恢复原长时小车已匀速，故应利用纸带上间距相等的部分计算小车速度.X(2) 利用v=X计算小车的速度，为减小测量误差，所选的范围应尽量长些.(3) 注意刻度尺的精度、估读及单位，注意对结果有效数字的要求.(4) 通过计算v和v1实验操作中需平衡小车受到的摩擦力，最根
5、本的目的是.,得出结论：外力对物体做功与物体速度变化的关系为：2WxV2.3. 用比例法求功的大小第(2)问橡皮筋应选规格一样的，弹力对小车做的功以一根橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体的数值.母题迁移某同学做“探究合力做的功和物体速度变化的关系”的实验装置如图实-5-3所示，小车在橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行.用1条橡皮筋时弹力对小车做的功记为W,当用2条、3条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次实验时，每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致.实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.打点计时娜图实-5-3A防止出现小车不能被橡皮筋拉动的情况B.保证橡皮筋对小车做的功等于合外力
6、对小车做的功C. 便于小车获得较大的弹射速度D. 防止纸带上点迹不清晰(3) 关于该实验，下列说法正确的是.A.打点计时器可以用直流电源供电，电压为46VB. 实验中使用的若干根橡皮筋的原长可以不相等C. 每次实验中应使小车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WAVm、WAvm、w-vm、W2-VmW-Vm的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系(4) 如图实-5-4所示是某次在正确操作的情况下，用50Hz交变电流作电源的打点计时器记录的一条纸带，为了得到小车获得的速度，应选用纸带的选填“AF”或“FI”)部分进行测量，速度大小为m/s.【导学号：
7、92492247】OBCDEFGWFAS*sC0.670%1J0L39I.4S1J21J2132呃C图实-5-4【解析】(1)当小车速度最大时，加速度应等于零，即弹力与摩擦力平衡，所以橡皮筋仍处于伸长状态，选项A正确.(2) 平衡摩擦力的根本目的是保证橡皮筋对小车做的功等于小车动能的变化量，即合外力做的功，选项B正确.(3) 要保证每根橡皮筋做功相同，实验中使用的若干根橡皮筋的原长必须相等，每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出，选项C、D正确.(4) 为了得到小车获得的速度，应选匀速运动的一段纸带即FI部分进行测1.52X10_2量.速度的大小v=002m/s=0.76m/s.【答案】(1)
8、A(2)B(3)CDFl0.76考点二|数据处理与误差分析母题女口图实-5-5所示，是某研究性学习小组做探究“橡皮筋的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，橡皮筋对小车做的功记为W,当我们用2条、3条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.(1) 除了图中的已给出的实验器材外，还需要的器材有;(2) 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E分进行测量；(3) 在本实验的数据记录表中，请将第2次、第3次实验中橡皮筋做
9、的功填写在对应的位置：橡皮筋做的功10个间隔的距离s(m)10个间隔的时间T(s)小车获得的速度Vn(m/s)小车速度的平方22Vn(m/s)1W0.2000.220.2800.230.3000.240.4000.250.4500.2从理论上讲，橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是请你运用数据表中测定的数据在题给的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性.【解析】(1)根据实验原理可知，实验中需要刻度尺测量计数点之间的距离，来计算物体的速度，所以要用到刻度尺为了能让打点计时器工作，必须提供交流电源故缺少刻度尺和交流电源.(2)纸带在橡皮筋的作用下做加速运动，橡皮筋做功完毕，则速度达到最大
10、，此时做匀速运动，因此匀速时的速度即为该过程中的最大速度，故为了测量小车获得的速度，应选用纸带点均匀部分测量.(3) 我们把1根橡皮筋对小车做的功作为1W,作为功的一个计量单位当我们用2条、3条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次实验时，橡皮筋的功分别是2W.3W.4W5W.X(4) 根据匀速直线运动的位移公式x=vt得：v=x，所以:严挣1m/s，v2=1.4m/s，v3=挣1.5m/s，V4=0=2m/s，v5=045二2.25m/s1-21V6-2业2324=4，v5=5.06由动能定理可知，合外力做的功应等于物体动能的变化量，所以W与v2成正比，即Wn*V2,根据表中实验数据，应
11、用描点法作图，图象如图所示：4IT5WWn误差允许范围内，图象是经过原点的直线，说明Wn与v2成正比.【答案】(1)交流电源、刻度尺点距均匀(3)2W、3W、4W、5Wv2图象见解析借题悟法核心点拨1. 实验器材的选用第(1)问只要应用电磁打点计时器打纸带的实验，与打点计时器相关的器材，如：学生电源、导线、复写纸、纸带必须有，处理纸带时，为测量计时点间距,还应有刻度尺.2. 数据处理的方法第(3)问(1) 纸带上点间距相等部分对应橡皮筋松弛后小车获得的末速度.(2) 因完全相同的橡皮筋，拉伸相同的长度，故橡皮筋对小车做的总功与橡皮筋条数成正比.3. 利用图象探究物理量间的关系第(4)问(1)
12、利用图象探究物理量间的关系时，首先确定横、纵坐标轴对应的物理量及单位.(2) 根据表中数据确定横、纵坐标轴的标度.(3) 认真描写各坐标点.(4) 连线时要注意连线原则，偏离直线较远的点要舍去.母题迁移质量为1kg的重物自由下落，通过打点计时器在纸带上记录下运动过程，打点计时器所接电源为6V、50Hz的交流电源，如图实-5-6所示，纸带上0点为重物自由下落时打点的起点，选取的计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点(图中未画出)，各计数点与O点的距离依次为31.4、70.6、125.4、195.9、2282.1、383.8、501.2,单位为mm,重力加速度取9.8m/s.BCDEFG*
13、114.6-Q2応-1拥;JK501.2图实-5-6(1) 求出B、C、D、E、F各点速度并填入下表计数点BCDEF速度/(ms)求出重物下落从起点到图中各点过程中重力所做的功.计数点BCDEF功J(3)适当选择坐标轴，在图实-5-7中作出重力做的功与速度的相关量之间的关系图.图实-5-7图中纵坐标表示，横坐标表示，由图可得重力所做的功与成关系.【导学号:92492248】【解析】(1)各点速度由公式v=v二公求出,m/s1.18m/s,AC(125.431.4)X10_3AT=4X0.02同理vc1.57m/s,vd1.96m/s,ve2.35m/s,vf2.74m/s.重力做的功由W=mg
14、Ah求出，Ws=mgOB=1X9.8X70.6X1030.69J,同理Wc1.23J,Wd1.92J,We2.76J,Wf3.76J.(3) 如图所示【答案】(1)1.181.571.962.352.74(2) 0.691.231.922.763.76(3) 关系图见解析重力做的功Wg速度的二次方v2速度的二次方v2正比考点三|实验拓展与创新创新点1利用光电门测速度1某学习小组利用如图实-5-8所示的装置验证动能定理.力传感器他“f肥门】拦光条n科滑块导轨标尺咒电门2细绳71定滑轮气垫导斬啟码盘和麒码图实-5-8(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所用的时间如和虫2,并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F,
