（浙江專版）2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)7 探究做功與物體速度變化的關(guān)系學(xué)案

《（浙江專版）2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)7 探究做功與物體速度變化的關(guān)系學(xué)案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（浙江專版）2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)7 探究做功與物體速度變化的關(guān)系學(xué)案（8頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 實(shí)驗(yàn)7　探究做功與物體速度變化的關(guān)系(必考) [考綱解讀]　(1)通過實(shí)驗(yàn)探究力對(duì)物體做的功與物體速度變化的關(guān)系。(2)體會(huì)探究的過程和所用的方法。 實(shí)驗(yàn)原理 為了探究功與速度變化的關(guān)系，需要測(cè)量功和初、末兩個(gè)狀態(tài)的速度。在方案一中，功的大小等于小車所受的合力與小車位移的乘積，當(dāng)懸掛重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量及小車所受的阻力已被平衡時(shí)，功的大小約等于重物重力與小車位移的乘積。在方案二中，不需要測(cè)量功的具體數(shù)值，分別用1根、2根、3根…相同的橡皮筋時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做功的大小分別是W、2W、3W…。這兩種方案中，小車獲得的速度都可利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量，然后通過圖象法找出功與速度變化的關(guān)系。

2、 實(shí)驗(yàn)器材 方案一：重物(小盤中放砝碼或砂桶中盛砂)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車、紙帶、復(fù)寫紙、電源、導(dǎo)線、刻度尺、一端帶有滑輪的長(zhǎng)木板、帶小鉤的細(xì)線等。 方案二：橡皮筋若干根(材質(zhì)、長(zhǎng)短、粗細(xì)均相同)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車、紙帶、復(fù)寫紙、電源、導(dǎo)線、刻度尺、木板、鐵釘?shù)取? 實(shí)驗(yàn)步驟 方案一： (1)用天平測(cè)出重物的質(zhì)量m(m?M車)，將數(shù)據(jù)記錄在表中。 (2)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒有滑輪的一端，紙帶的一端夾在小車后端，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。將長(zhǎng)木板 安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)墊高，調(diào)整高度，直至輕推小車后，恰能使小車在木板上做勻速運(yùn)動(dòng)為止。 (3)在小車前系好細(xì)線并通過滑輪掛

3、上重物。將小車置于靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處。接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，釋放小車。 (4)改變重物質(zhì)量，重做上述實(shí)驗(yàn)。 (5)如圖所示，將紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)記為計(jì)數(shù)點(diǎn)O，再在紙帶的后端選擇連續(xù)的5個(gè)打印點(diǎn)分別記為計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5。分別測(cè)出計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5至計(jì)數(shù)點(diǎn)O的距離(即小車的位移l)，并利用打上點(diǎn)的紙帶，測(cè)出打各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表中。 (6)將計(jì)算得到的功W記錄在表格中。 (7)根據(jù)記錄的W、v數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上作出合適的圖象。兩次實(shí)驗(yàn)可以在同一坐標(biāo)系中作出兩條圖線。 (8)整理實(shí)驗(yàn)器材。 方案二： (1)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板的一端，紙帶的一端夾在小

4、車后端，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。將長(zhǎng)木板安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)墊高，調(diào)整高度，直至輕推小車后，恰能使小車在長(zhǎng)木板上勻速運(yùn)動(dòng)為止。 (2)將橡皮筋的一端固定在長(zhǎng)木板前端的鐵釘上，另一端固定在小車前端的鉤子上。將小車置于靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，記下小車的位置。接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，釋放小車。 (3)用2根、3根、4根、5根相同的橡皮筋分別代替1根橡皮筋重做實(shí)驗(yàn)，保證每次釋放小車的位置相同，即橡皮筋被拉長(zhǎng)的長(zhǎng)度相同。 (4)在上述實(shí)驗(yàn)中打出的5條紙帶上分別找出小車近似做勻速運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)，并分別求出勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度v，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表中。 (5)根據(jù)記錄的W、v數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上作出合適的圖象。 (

5、6)整理實(shí)驗(yàn)器材。 考點(diǎn)一　實(shí)驗(yàn)原理和操作 1.平衡摩擦力：實(shí)驗(yàn)中的小車不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力對(duì)小車做負(fù)功，我們研究的是小車合外力的功與物體速度的關(guān)系，應(yīng)設(shè)法排除摩擦力的影響，可采用將木板一端墊高的方法來實(shí)現(xiàn)。將木板一端墊高，使重力沿斜面方向的分力與摩擦力平衡，就能消除摩擦力的影響。判斷已平衡掉摩擦力的方法是輕推一下小車，觀察到小車不受其他力時(shí)能在木板上勻速運(yùn)動(dòng)，即表明摩擦力已平衡。 2.在方案二中，我們用2根、3根…相同的橡皮筋進(jìn)行第2次、第3次…實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)使小車從同一地點(diǎn)靜止釋放，使橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都應(yīng)保持一致。 3.在方案二中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上相鄰

6、各點(diǎn)的間距并不均勻，應(yīng)選間距均勻的那一段紙帶來計(jì)算小車的速度，因?yàn)檫@一段是橡皮筋對(duì)小車做功完畢時(shí)的情形。 1.在用如圖所示的裝置做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列說法正確的是________。 A.為了平衡摩擦力，實(shí)驗(yàn)中可以將長(zhǎng)木板的左端適當(dāng)墊高，使小車?yán)┻^打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶自由下滑時(shí)能保持勻速運(yùn)動(dòng) B.為簡(jiǎn)便起見，每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的規(guī)格要相同，拉伸的長(zhǎng)度要一樣 C.可以通過改變橡皮筋的條數(shù)來改變拉力做功的數(shù)值 D.可以通過改變小車的質(zhì)量來改變拉力做功的數(shù)值 E.實(shí)驗(yàn)中要先釋放小車再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 F.通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來測(cè)定小車加速過程中獲得的最大

7、速度 G.通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來測(cè)定小車加速過程中獲得的平均速度 解析　左端墊高利用小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡來滿足橡皮筋做功是合力功。實(shí)驗(yàn)中要求橡皮筋規(guī)格相同，拉伸長(zhǎng)度相同即每個(gè)橡皮筋做功相等，所以只要通過改變橡皮筋條數(shù)就可以改變做功的數(shù)值，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)該先接通電源再釋放紙帶。當(dāng)橡皮筋松弛時(shí)，即加速結(jié)束時(shí)，小車做勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)速度即為小車獲得的最大速度。 答案　ABCF 2.某同學(xué)把附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，將細(xì)繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，以此定量探究繩拉力做功與小車動(dòng)能變化的關(guān)系。此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及

8、配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊等。組裝的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。 (1)若要完成該實(shí)驗(yàn)，必需的實(shí)驗(yàn)器材還有______________________________ ________________________。 (2)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行。他這樣做的目的是下列的哪個(gè)________(填字母代號(hào))。 A.避免小車在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生抖動(dòng) B.可使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡清晰 C.可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動(dòng) D.可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力 (3)平衡摩擦力后，當(dāng)他用多個(gè)鉤碼牽引小車時(shí)，發(fā)現(xiàn)小車運(yùn)動(dòng)

9、過快，致使打出的紙帶上點(diǎn)數(shù)較少，難以選到合適的點(diǎn)計(jì)算小車速度。在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請(qǐng)你利用本實(shí)驗(yàn)的器材提出一個(gè)解決方法：___________________ _________________________________________________________________。 (4)他將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動(dòng)能增量大一些。這一情況可能是下列哪些原因造成的________(填字母代號(hào))。 A.在接通電源的同時(shí)釋放了小車 B.小車釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太近 C.阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉 D.鉤碼做

10、勻加速運(yùn)動(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力 解析　(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，需要驗(yàn)證mgx＝Mv2，同時(shí)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可知，此實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量鉤碼質(zhì)量、小車質(zhì)量和位移，故還需要的器材有：刻度尺和天平；(2)分析小車受力可知，在平衡摩擦力的基礎(chǔ)上，使細(xì)繩與木板平行是為了讓細(xì)繩的拉力充當(dāng)小車所受合外力，故選項(xiàng)D正確；(3)紙帶上打出的點(diǎn)較少，說明小車的加速度過大(即小車過快)，故可知減小鉤碼質(zhì)量或增加小車質(zhì)量(在小車上加上適量的砝碼)；(4)在此實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)牛頓第二定律可知，鉤碼的重力大于細(xì)繩的拉力，而實(shí)驗(yàn)中用重力代替拉力會(huì)導(dǎo)致拉力做功大于小車動(dòng)能增量；如果實(shí)驗(yàn)未平衡或未完全平衡摩擦力也會(huì)導(dǎo)致拉力做功大于動(dòng)能

11、增量，故選項(xiàng)C、D正確。 答案　(1)刻度尺、天平(包括砝碼)　(2)D　(3)可在小車上加適量的砝碼(或鉤碼)　(4)CD 考點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 方案一： (1)如圖所示，將紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)記為計(jì)數(shù)點(diǎn)O，再在紙帶的后端選擇連續(xù)的5個(gè)打印點(diǎn)分別記為計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5。分別測(cè)出計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5至計(jì)數(shù)點(diǎn)O的距離(即小車的位移l)，并利用打上點(diǎn)的紙帶，測(cè)出打各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v。 (2)功W的大小約等于重物重力與小車位移的乘積。 (3)根據(jù)W、v數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上作出合適的圖象。兩次實(shí)驗(yàn)可以在同一坐標(biāo)系中作出兩條圖線。 方案二： (1)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)，不直接計(jì)算

12、W和v的數(shù)值，而只是看第2次、第3次…實(shí)驗(yàn)中的W和v是第1次的多少倍，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理。 (2)以橡皮筋對(duì)小車做的功W為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度為橫坐標(biāo)，以第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)做的功W為單位，作出圖象。用W－v2圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，比W－v圖象更加直觀、明了。 (1)平衡摩擦力不徹底或平衡過度也會(huì)造成誤差。 (2)橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)不一，使橡皮筋的拉力做的功與橡皮筋的條數(shù)不成正比。 (3)利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí)，測(cè)量不準(zhǔn)帶來誤差。 1.“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，當(dāng)小車在一條橡皮筋作用下彈出時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W；當(dāng)用2條、3條、4條……完全相同的

13、橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、第4次……實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為2W、3W、4W……每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的最大速度可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打出的紙帶測(cè)出。 甲 (1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是________。 A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以用干電池供電 B.實(shí)驗(yàn)儀器安裝時(shí)，可以不平衡摩擦力 C.每次實(shí)驗(yàn)小車必須從同一位置由靜止彈出 D.利用每次測(cè)出的小車最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次作出W－vm、W－v、W－v，W2－vm、W3－vm……的圖象，得出合力做功與物體速度變化的關(guān)系。 (2)如圖乙所示，給出了某次實(shí)驗(yàn)打出的紙帶，從中截取了測(cè)量小車最大速度所用的一段紙帶，測(cè)得A、B、C

14、、D、E相鄰兩點(diǎn)間的距離分別為AB＝1.48 cm，BC＝1.60 cm，CD＝1.62 cm，DE＝1.62 cm；已知相鄰兩點(diǎn)打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02 s，則小車獲得的最大速度vm＝________m/s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 乙 解析　(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須用交流電，A項(xiàng)錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)儀器安裝時(shí)，必須平衡摩擦力，B項(xiàng)錯(cuò)誤；每次實(shí)驗(yàn)小車必須從同一位置由靜止彈出，C項(xiàng)正確；根據(jù)所得數(shù)據(jù)分別作出橡皮筋所做的功W與小車獲得的最大速度或小車獲得的最大速度的平方、立方等圖象，找出合力做的功與物體速度變化的關(guān)系，D項(xiàng)正確。 (2)小車獲得的最大速度v＝＝ m/s＝0.81 m/s。 答案　(1

15、)CD　(2)0.81 2.如圖所示是某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)做探究“橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形。這時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做功記為W。當(dāng)用2條、3條、…、n條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、…、第n次實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置釋放。小車每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度可以由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出，圖甲為某次實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶。 (1)除了圖中已給出的實(shí)驗(yàn)器材和電源外，還需要的器材有________________。 (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)采取的措施是_____________ ________

16、_______________________________________________________。 (3)每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上的點(diǎn)分布并不都是均勻的，為了測(cè)量小車最終獲得的末速度，應(yīng)選用紙帶的________________部分進(jìn)行測(cè)量。 (4)下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理表。 物理量數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)次數(shù) 橡皮筋 做的功 Wn(J) 10個(gè)間隔 均勻的點(diǎn)的 距離s(m) 10個(gè)間隔 均勻的點(diǎn)的 時(shí)間T(s) 小車獲得 的末速度 vn(m/s) 小車獲得的 末速度的平 方v(m2/s2) 1 W1＝W 0.200 0.2 1.00 1.0

17、0 2 W1＝2W 0.282 0.2 1.41 1.99 3 W3＝3W 0.300 0.2 1.50 2.25 4 W4＝4W 0.400 0.2 2.00 4.00 5 W5＝5W 0.458 0.2 2.24 5.02 從理論上講，橡皮筋做的功Wn與物體獲得的速度vn之間的關(guān)系是Wn∝________，請(qǐng)你運(yùn)用表中的數(shù)據(jù)在如圖乙所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象，以驗(yàn)證理論的正確性。 解析　(1)要計(jì)算某點(diǎn)速度的大小，必須要測(cè)量紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，除了題圖中已給出的實(shí)驗(yàn)器材和電源外，還需要的器材是刻度尺。 (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)采取的措施是把放打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一端的木板墊起適當(dāng)?shù)母叨纫云胶饽Σ亮Α? (3)小車最終做勻速運(yùn)動(dòng)，因此應(yīng)選用相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間隔相等的部分。 (4)根據(jù)動(dòng)能定理可知，從理論上講，橡皮筋做的功Wn與物體獲得的速度vn之間的關(guān)系是Wn∝v；以Wn為縱坐標(biāo)，以v為橫坐標(biāo)，用描點(diǎn)作圖法作圖，圖象是過原點(diǎn)的直線，說明Wn∝v。 答案　(1)刻度尺　(2)把木板的左端墊起適當(dāng)?shù)母叨纫云胶饽Σ亮Α?3)每相鄰兩點(diǎn)之間距離相等(或點(diǎn)分布均勻)　(4)v　圖象如圖所示 8