高中物理實(shí)驗(yàn)五《探究動能定理》課件（教科版）選修3-1

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歡迎進(jìn)入物理課堂 實(shí)驗(yàn)五探究動能定理 1 探究外力做功與物體速度的關(guān)系2 通過分析論證和實(shí)驗(yàn)探究 培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究能力和創(chuàng)新精神 1 采用如圖所示裝置 讓小車在橡皮筋作用下彈出 使小車獲得速度后沿木板勻速滑行2 當(dāng)用一條橡皮筋彈出時對小車做的功記為W 則用兩條 三條 完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次 第3次 實(shí)驗(yàn) 每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放時 實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對小車做的功就是2W 3W 3 橡皮筋每次實(shí)驗(yàn)做的功使小車獲得的速度根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時器打出的紙帶得到 4 當(dāng)?shù)贸鋈舾山M功和速度的數(shù)據(jù)后 以橡皮筋對小車做的功W為縱坐標(biāo) 分別以小車獲得的速度v v2 為橫坐標(biāo) 以第1次實(shí)驗(yàn)時的功W為單位 用描點(diǎn)法分別作出W v W v2曲線 分析曲線 得出橡皮筋對小車做的功與小車速度的定量關(guān)系 小車 前面帶小鉤 長木板 兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘 打點(diǎn)計(jì)時器及紙帶 學(xué)生電源及導(dǎo)線 若使用電火花計(jì)時器則不用學(xué)生電源 5 6條等長的橡皮筋 刻度尺 一 實(shí)驗(yàn)步驟1 按圖中所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好 2 平衡摩擦力 在長木板的有打點(diǎn)計(jì)時器的一端下面墊一塊木板 反復(fù)移動木板的位置 直至小車上不掛橡皮筋時 紙帶打出的點(diǎn)間距均勻 即小車能勻速運(yùn)動為止 3 先用1條橡皮筋做實(shí)驗(yàn) 用打點(diǎn)計(jì)時器和紙帶測出小車獲得的速度v1 設(shè)此時橡皮筋對小車做的功為W 將這一組數(shù)據(jù)記入表格 4 用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同 這時橡皮筋對小車做的功為2W 測出小車獲得的速度v2 將數(shù)據(jù)記入表格 5 用3條 4條 橡皮筋做實(shí)驗(yàn) 用同樣的方法測出功和速度 記入表格 二 數(shù)據(jù)處理1 測量小車的速度實(shí)驗(yàn)獲得如圖所示的紙帶 為探究橡皮筋彈力做的功和小車速度的關(guān)系 需要測量彈力做功結(jié)束時小車的速度 即小車做勻速運(yùn)動的速度 應(yīng)在紙帶上測量的物理量是 A1 A2間的距離x 小車速度的表達(dá)式是 T為打點(diǎn)計(jì)時器打點(diǎn)的時間間隔 2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析 1 觀察法 當(dāng)橡皮筋的條數(shù)成倍增加 即合外力做的功成倍增加時 觀察小車的速度或速度的平方如何變化 有何變化規(guī)律 2 圖像法 在坐標(biāo)紙上畫出W v或W v2圖線 W 以一根橡皮筋做的功為單位 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論從圖像分析外力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系 1 誤差的主要來源是橡皮筋的長度 粗細(xì)不一 使橡皮筋的拉力做的功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比 2 沒有完全平衡摩擦力 傾角小 或平衡摩擦力過度 傾角過大 也會造成誤差 3 利用紙帶計(jì)算小車的速度時 測量間距不準(zhǔn)確或所選階段不正確帶來誤差 1 將木板一端墊高 使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡 方法是輕推小車 由打點(diǎn)計(jì)時器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否做勻速運(yùn)動 找到長木板的一個合適的傾角 2 測小車速度時 應(yīng)選紙帶上的點(diǎn)均勻的部分 也就是選小車做勻速運(yùn)動的部分 3 橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的 力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可 不必計(jì)算出具體數(shù)值 4 小車質(zhì)量應(yīng)大一些 使紙帶上打的點(diǎn)多一些 1 本實(shí)驗(yàn)中物體運(yùn)動速度可以使用速度傳感器直接采集 比用打點(diǎn)計(jì)時器方便快捷且誤差較小 小車受到的外力也可以用拉力傳感器采集以便于直接計(jì)算出合外力做功的大小 2 可以把長木板換成氣墊導(dǎo)軌 省略平衡摩擦力的操作步驟 達(dá)到簡化實(shí)驗(yàn)過程的目的 對實(shí)驗(yàn)原理的理解 例證1 探究動能定理 的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示 當(dāng)小車在兩條橡皮筋作用下彈出時 橡皮筋對小車做的功記為W0 當(dāng)用4條 6條 8條 完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次 第3次 第4次 實(shí)驗(yàn)時 橡皮筋對小車做的功記為2W0 3W0 4W0 每次實(shí)驗(yàn)中由靜止彈出的小車獲得的最大速度可由打點(diǎn)計(jì)時器所打的紙帶測出 1 關(guān)于該實(shí)驗(yàn) 下列說法正確的是 A 打點(diǎn)計(jì)時器可以用直流電源供電 電壓為4 6VB 實(shí)驗(yàn)中使用的若干根橡皮筋的原長可以不相等C 每次實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出D 利用每次測出的小車最大速度vm和橡皮筋做的功W 依次作出W vm W vm2 W vm3 W2 vm W3 vm 的圖像 得出合力做功與物體速度變化的關(guān)系 2 圖乙給出了某次在正確操作情況下打出的紙帶 從中截取了測量物體最大速度所用的一段紙帶 測得O點(diǎn)到A B C D E各點(diǎn)的距離分別為OA 5 65cm OB 7 12cm OC 8 78cm OD 10 40cm OE 11 91cm 已知相鄰兩點(diǎn)打點(diǎn)時間間隔為0 02s 則小車獲得的最大速度vm m s 規(guī)范解答 1 打點(diǎn)計(jì)時器一定用交流電源 A錯誤 實(shí)驗(yàn)中一定要用相同的橡皮筋 B錯誤 每次實(shí)驗(yàn)中 應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出 C正確 在探究小車最大速度和橡皮筋做功W的關(guān)系時 要作出各種不同的可能關(guān)系圖像 得出合力做功與物體速度變化的關(guān)系 D正確 2 小車獲得的最大速度應(yīng)該用紙帶上點(diǎn)間距相等段求解 在圖中紙帶上應(yīng)用B D段求小車的最大速度 答案 1 C D 2 0 82 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析 例證2 某興趣小組在做 探究做功和物體速度變化關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)前 提出以下幾種猜想 W v W v2 W 他們的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示 PQ為一塊傾斜放置的木板 在Q處固定一個速度傳感器 用來測量物體每次通過Q點(diǎn)的速度 在剛開始實(shí)驗(yàn)時 有位同學(xué)提出 不需要測出物體質(zhì)量 只要測出物體從初始位置到速度傳感器的距離和讀出速度傳感器的示數(shù)就行了 大家經(jīng)過討論采納了該同學(xué)的建議 1 本實(shí)驗(yàn)中不需要測量物體質(zhì)量的理由是什么 2 讓物體分別從不同高度無初速度釋放 測出物體從初始位置到速度傳感器的距離L1 L2 L3 L4 讀出物體每次通過速度傳感器Q的速度v1 v2 v3 v4 并繪制了如圖乙所示的L v圖像 根據(jù)繪制出的L v圖像 若為了更直觀地看出L和v的變化關(guān)系 他們下一步應(yīng)該作出 A L v2圖像B L 圖像C L 圖像D L 圖像 3 本實(shí)驗(yàn)中 木板與物體間摩擦力的大小會不會影響探究出的結(jié)果 規(guī)范解答 1 因?yàn)閃 Ek 而W mg sin cos L Ek mv2 等式兩邊都有m 所以探究W與v的關(guān)系可以不用測量質(zhì)量m 2 由于題圖乙是關(guān)于 L v 的圖像 該圖像為曲線 不便于直觀地看出L和v的變化關(guān)系 所以 下一步應(yīng)作出L v2的圖像 應(yīng)選A 3 在實(shí)驗(yàn)中 由于物體在斜面上運(yùn)動時 所受的合力是確定的 即F合 mg sin cos 所以摩擦力的大小不會影響L和v的關(guān)系 答案 1 見規(guī)范解答 2 A 3 不會 1 在 探究功與物體速度變化關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)中 每次選取紙帶后 我們應(yīng)選取紙帶上的哪些點(diǎn)來求小車的速度 A 間距均勻的B 間距不均勻的C 間距均勻的與不均勻的都可D 最好是間距均勻的 若紙帶上沒有間距均勻的 也可用間距不均勻的 解析 選A 橡皮筋完全恢復(fù)后不再有力對小車做功 小車做勻速運(yùn)動 紙帶上的點(diǎn)間距是均勻的 故A對 B C錯 若紙帶上沒有間距均勻的點(diǎn) 說明紙帶太短 橡皮筋還沒完全恢復(fù)原狀紙帶已完全通過打點(diǎn)計(jì)時器 在這種情況下應(yīng)選用更長的紙帶 或者是因?yàn)闆]有完全平衡摩擦力 需重新平衡摩擦力 故D錯 2 用如圖所示的裝置做 探究動能定理 的實(shí)驗(yàn)時 下列說法正確的是 填字母代號 A 為了平衡摩擦力 實(shí)驗(yàn)中可以將長木板的左端適當(dāng)墊高 使小車?yán)┻^打點(diǎn)計(jì)時器的紙帶自由下滑時能保持勻速運(yùn)動B 每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的規(guī)格要相同 拉伸的長度要一樣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)時器的電源F 通過打點(diǎn)計(jì)時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度G 通過打點(diǎn)計(jì)時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度 解析 選A B C F 當(dāng)小車?yán)┻^打點(diǎn)計(jì)時器的紙帶做勻速運(yùn)動時 沿長木板方向的重力的分力等于摩擦力 即在實(shí)驗(yàn)中可消除摩擦力的影響 A正確 由實(shí)驗(yàn)原理可知 B C正確 D錯誤 使用打點(diǎn)計(jì)時器時都必須先接通電源再釋放小車 E錯誤 橡皮筋拉力做的總功等于小車動能的增加 此動能應(yīng)為小車獲得的最大動能 所以用打點(diǎn)計(jì)時器打下的紙帶測定的是小車的最大速度 F正確 G錯誤 3 2012 三門峽模擬 某學(xué)習(xí)小組在 探究功與速度變化關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)中采用了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置 1 將氣墊導(dǎo)軌接通氣泵 通過調(diào)平螺絲調(diào)整氣墊導(dǎo)軌使之水平 檢查是否調(diào)平的方法是 2 如圖所示 游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度 d cm 實(shí)驗(yàn)時 將橡皮條掛在滑塊的掛鉤上 向后拉伸一定的距離 并做好標(biāo)記 以保證每次拉伸的距離恒定 現(xiàn)測得掛一根橡皮條時 滑塊彈離橡皮條后 經(jīng)過光電門的時間為 t 則滑塊最后勻速運(yùn)動的速度表達(dá)式為 用字母表示 3 逐根增加橡皮條 記錄每次遮光條經(jīng)過光電門的時間 并計(jì)算出對應(yīng)的速度 則畫出的W v2圖像應(yīng)是 解析 1 檢查導(dǎo)軌是否水平的方法 將滑塊輕放在氣墊導(dǎo)軌上 看其是否滑動 或?qū)⒒瑝K輕放在氣墊導(dǎo)軌上 輕推滑塊看是否勻速 2 d 5mm 0 05mm 10 5 50mm 0 550cm滑塊勻速運(yùn)動的速度 3 由動能定理可知 故畫出的W v2圖像應(yīng)是過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條傾斜直線 答案 1 將滑塊輕置于氣墊導(dǎo)軌之上 看其是否滑動或?qū)⒒瑝K輕置于氣墊導(dǎo)軌之上 輕推滑塊看是否勻速 其他方法正確同樣得分 2 3 過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條傾斜直線 4 在 探究恒力做功與動能改變的關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)中 某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的裝置 實(shí)驗(yàn)步驟如下 1 把紙帶的一端固定在小車的后面 另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時器 2 改變長木板的傾角 以重力的一個分力平衡小車及紙帶受到的摩擦力 3 用細(xì)線將長木板上的小車通過一個定滑輪與懸吊的砂桶相連 4 接通電源 放開小車 讓小車拖著紙帶運(yùn)動 打點(diǎn)計(jì)時器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn) 5 測出x x1 x2 如圖乙 已知電磁打點(diǎn)計(jì)時器的打點(diǎn)周期為T 則 判斷重力的一個分力是否已與小車及紙帶受到的摩擦力平衡的直接證據(jù)是 本實(shí)驗(yàn)還需直接測量的物理量是 用文字說明并用相應(yīng)的符號表示 探究結(jié)果的表達(dá)式是 用相應(yīng)的符號表示 解析 根據(jù)紙帶上的點(diǎn)跡是否均勻來判斷是否平衡了摩擦力 確定運(yùn)動小車的速度應(yīng)選用點(diǎn)跡清晰 均勻的部分來求解 確定小車動能的變化必須知道小車的質(zhì)量M 細(xì)線對小車做功是通過砂桶拉細(xì)線實(shí)現(xiàn)的 還應(yīng)知道砂和砂桶的質(zhì)量m 答案 紙帶上點(diǎn)跡的間距相等小車的質(zhì)量M 砂和砂桶的質(zhì)量m 5 某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究小車動能變化與合外力對它所做功的關(guān)系 圖中A為小車 連接在小車后面的紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時器B的限位孔 它們均置于水平放置的一端帶有定滑輪的足夠長的木板上 C為彈簧測力計(jì) 不計(jì)繩與滑輪間的摩擦 實(shí)驗(yàn)時 先接通電源再松開小車 打點(diǎn)計(jì)時器在紙帶上打下一系列點(diǎn) 1 該同學(xué)在一條比較理想的紙帶上 依次選取0 1 2 3 4 5共六個計(jì)數(shù)點(diǎn) 分別測量后5個計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)數(shù)點(diǎn)0之間的距離 并計(jì)算出它們與0點(diǎn)之間的速度平方差 v2 v2 v2 v02 填入表中 請以 v2為縱坐標(biāo) 以x為橫坐標(biāo)在方格紙中作出 v2 x圖像 若測出小車質(zhì)量為0 2kg 結(jié)合圖像可求得小車所受合外力的大小為 N 2 該同學(xué)通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)小車所受合外力小于測力計(jì)讀數(shù) 明顯超出實(shí)驗(yàn)誤差的正常范圍 你認(rèn)為主要原因是 實(shí)驗(yàn)操作中改進(jìn)的措施是 解析 1 將表中的數(shù)據(jù)分別描在坐標(biāo)系中 然后在圖中用平滑曲線連接 并且使盡可能多的點(diǎn)分布在曲線上 或?qū)ΨQ分布在曲線兩側(cè) 如圖所示 由圖中直線的斜率為由以上兩式解得F 0 25N 2 主要原因是長木板與小車之間存在摩擦力 應(yīng)將木板左端墊高 以平衡摩擦力 減小誤差 答案 1 圖像見解析0 25 2 長木板與小車之間存在摩擦力將木板左端墊高 以平衡摩擦力 6 2012 鄭州模擬 某實(shí)驗(yàn)小組想測量木板對木塊的摩擦力所做的功 裝置如圖 一木塊放在粗糙的水平長木板上 右側(cè)拴有一細(xì)線 跨過固定在木板邊緣的滑輪與重物連接 木塊左側(cè)與穿過打點(diǎn)計(jì)時器的紙帶相連 長木板固定在水平實(shí)驗(yàn)臺上 實(shí)驗(yàn)時 木塊在重物牽引下向右運(yùn)動 重物落地后 木塊繼續(xù)向右做勻減速運(yùn)動 如圖給出了重物落地后打點(diǎn)計(jì)時器打出的紙帶 紙帶上的小黑點(diǎn)是計(jì)數(shù)點(diǎn) 每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn) 圖中未標(biāo)出 計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示 打點(diǎn)計(jì)時器所用交流電頻率為50Hz 不計(jì)紙帶與木塊間的拉力 1 可以判斷紙帶的 填 左端 或 右端 與木塊連接 根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)計(jì)算打點(diǎn)計(jì)時器在打下A點(diǎn)和B點(diǎn)時木塊的速度vA m s vB m s 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 2 要測量在AB段木板對木塊的摩擦力所做的功WAB 還需要的實(shí)驗(yàn)器材是 還應(yīng)測量的物理量是 填入所選實(shí)驗(yàn)器材和物理量前的字母 A 木板的長度lB 木塊的質(zhì)量m1C 木板的質(zhì)量m2D 重物的質(zhì)量m3E 木塊運(yùn)動的時間tF AB段的距離lABG 天平H 秒表I 彈簧測力計(jì) 3 在AB段木板對木塊的摩擦力所做的功的關(guān)系式WAB 用vA vB和第 2 問中測得的物理量的字母表示 解析 重物落地后 木塊做勻減速運(yùn)動 故紙帶的右端與木塊相連 由得由動能定理可知 要測在AB段木板對木塊的摩擦力做的功WAB 只要用天平測出木塊的質(zhì)量m1即可 答案 1 右端0 720 97 2 GB 3 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全