高中物理實驗五《探究動能定理》課件（教科版）選修3-1

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歡迎進入物理課堂 實驗五探究動能定理 1 探究外力做功與物體速度的關系2 通過分析論證和實驗探究 培養(yǎng)實驗探究能力和創(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行第2次 第3次 實驗 每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放時 實驗中橡皮筋對小車做的功就是2W 3W 3 橡皮筋每次實驗做的功使小車獲得的速度根據(jù)打點計時器打出的紙帶得到 4 當?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 分別以小車獲得的速度v v2 為橫坐標 以第1次實驗時的功W為單位 用描點法分別作出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系 小車 前面帶小鉤 長木板 兩側適當?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘 打點計時器及紙帶 學生電源及導線 若使用電火花計時器則不用學生電源 5 6條等長的橡皮筋 刻度尺 一 實驗步驟1 按圖中所示將實驗儀器安裝好 2 平衡摩擦力 在長木板的有打點計時器的一端下面墊一塊木板 反復移動木板的位置 直至小車上不掛橡皮筋時 紙帶打出的點間距均勻 即小車能勻速運動為止 3 先用1條橡皮筋做實驗 用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1 設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條橡皮筋做實驗 實驗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 橡皮筋做實驗 用同樣的方法測出功和速度 記入表格 二 數(shù)據(jù)處理1 測量小車的速度實驗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系 需要測量彈力做功結束時小車的速度 即小車做勻速運動的速度 應在紙帶上測量的物理量是 A1 A2間的距離x 小車速度的表達式是 T為打點計時器打點的時間間隔 2 實驗數(shù)據(jù)記錄 3 實驗數(shù)據(jù)處理及分析 1 觀察法 當橡皮筋的條數(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 實驗結論從圖像分析外力對物體做功與物體速度變化的關系 1 誤差的主要來源是橡皮筋的長度 粗細不一 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 利用紙帶計算小車的速度時 測量間距不準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 由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否做勻速運動 找到長木板的一個合適的傾角 2 測小車速度時 應選紙帶上的點均勻的部分 也就是選小車做勻速運動的部分 3 橡皮筋應選規(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 不必計算出具體數(shù)值 4 小車質量應大一些 使紙帶上打的點多一些 1 本實驗中物體運動速度可以使用速度傳感器直接采集 比用打點計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算出合外力做功的大小 2 可以把長木板換成氣墊導軌 省略平衡摩擦力的操作步驟 達到簡化實驗過程的目的 對實驗原理的理解 例證1 探究動能定理 的實驗裝置如圖甲所示 當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 當用4條 6條 8條 完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次 第3次 第4次 實驗時 橡皮筋對小車做的功記為2W0 3W0 4W0 每次實驗中由靜止彈出的小車獲得的最大速度可由打點計時器所打的紙帶測出 1 關于該實驗 下列說法正確的是 A 打點計時器可以用直流電源供電 電壓為4 6VB 實驗中使用的若干根橡皮筋的原長可以不相等C 每次實驗中應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點到A B C D E各點的距離分別為OA 5 65cm OB 7 12cm OC 8 78cm OD 10 40cm OE 11 91cm 已知相鄰兩點打點時間間隔為0 02s 則小車獲得的最大速度vm m s 規(guī)范解答 1 打點計時器一定用交流電源 A錯誤 實驗中一定要用相同的橡皮筋 B錯誤 每次實驗中 應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的關系時 要作出各種不同的可能關系圖像 得出合力做功與物體速度變化的關系 D正確 2 小車獲得的最大速度應該用紙帶上點間距相等段求解 在圖中紙帶上應用B D段求小車的最大速度 答案 1 C D 2 0 82 實驗數(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系 的實驗前 提出以下幾種猜想 W v W v2 W 他們的實驗裝置如圖甲所示 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點的速度 在剛開始實驗時 有位同學提出 不需要測出物體質量 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的建議 1 本實驗中不需要測量物體質量的理由是什么 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的變化關系 他們下一步應該作出 A L v2圖像B L 圖像C L 圖像D L 圖像 3 本實驗中 木板與物體間摩擦力的大小會不會影響探究出的結果 規(guī)范解答 1 因為W Ek 而W mg sin cos L Ek mv2 等式兩邊都有m 所以探究W與v的關系可以不用測量質量m 2 由于題圖乙是關于 L v 的圖像 該圖像為曲線 不便于直觀地看出L和v的變化關系 所以 下一步應作出L v2的圖像 應選A 3 在實驗中 由于物體在斜面上運動時 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系 的實驗中 每次選取紙帶后 我們應選取紙帶上的哪些點來求小車的速度 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 橡皮筋完全恢復后不再有力對小車做功 小車做勻速運動 紙帶上的點間距是均勻的 故A對 B C錯 若紙帶上沒有間距均勻的點 說明紙帶太短 橡皮筋還沒完全恢復原狀紙帶已完全通過打點計時器 在這種情況下應選用更長的紙帶 或者是因為沒有完全平衡摩擦力 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 的實驗時 下列說法正確的是 填字母代號 A 為了平衡摩擦力 實驗中可以將長木板的左端適當墊高 使小車拉著穿過打點計時器的紙帶自由下滑時能保持勻速運動B 每次實驗中橡皮筋的規(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量來改變拉力做功的數(shù)值E 實驗中要先釋放小車再接通打點計時器的電源F 通過打點計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 通過打點計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 當小車拉著穿過打點計時器的紙帶做勻速運動時 沿長木板方向的重力的分力等于摩擦力 即在實驗中可消除摩擦力的影響 A正確 由實驗原理可知 B C正確 D錯誤 使用打點計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 此動能應為小車獲得的最大動能 所以用打點計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 某學習小組在 探究功與速度變化關系 的實驗中采用了如圖所示的實驗裝置 1 將氣墊導軌接通氣泵 通過調平螺絲調整氣墊導軌使之水平 檢查是否調平的方法是 2 如圖所示 游標卡尺測得遮光條的寬度 d cm 實驗時 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 則滑塊最后勻速運動的速度表達式為 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 并計算出對應的速度 則畫出的W v2圖像應是 解析 1 檢查導軌是否水平的方法 將滑塊輕放在氣墊導軌上 看其是否滑動 或將滑塊輕放在氣墊導軌上 輕推滑塊看是否勻速 2 d 5mm 0 05mm 10 5 50mm 0 550cm滑塊勻速運動的速度 3 由動能定理可知 故畫出的W v2圖像應是過坐標原點的一條傾斜直線 答案 1 將滑塊輕置于氣墊導軌之上 看其是否滑動或將滑塊輕置于氣墊導軌之上 輕推滑塊看是否勻速 其他方法正確同樣得分 2 3 過坐標原點的一條傾斜直線 4 在 探究恒力做功與動能改變的關系 的實驗中 某實驗小組采用如圖甲所示的裝置 實驗步驟如下 1 把紙帶的一端固定在小車的后面 另一端穿過打點計時器 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 讓小車拖著紙帶運動 打點計時器就在紙帶上打下一系列的點 5 測出x x1 x2 如圖乙 已知電磁打點計時器的打點周期為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 本實驗還需直接測量的物理量是 用文字說明并用相應的符號表示 探究結果的表達式是 用相應的符號表示 解析 根據(jù)紙帶上的點跡是否均勻來判斷是否平衡了摩擦力 確定運動小車的速度應選用點跡清晰 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量M 細線對小車做功是通過砂桶拉細線實現(xiàn)的 還應知道砂和砂桶的質量m 答案 紙帶上點跡的間距相等小車的質量M 砂和砂桶的質量m 5 某同學用如圖所示的實驗裝置探究小車動能變化與合外力對它所做功的關系 圖中A為小車 連接在小車后面的紙帶穿過打點計時器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 不計繩與滑輪間的摩擦 實驗時 先接通電源再松開小車 打點計時器在紙帶上打下一系列點 1 該同學在一條比較理想的紙帶上 依次選取0 1 2 3 4 5共六個計數(shù)點 分別測量后5個計數(shù)點與計數(shù)點0之間的距離 并計算出它們與0點之間的速度平方差 v2 v2 v2 v02 填入表中 請以 v2為縱坐標 以x為橫坐標在方格紙中作出 v2 x圖像 若測出小車質量為0 2kg 結合圖像可求得小車所受合外力的大小為 N 2 該同學通過計算發(fā)現(xiàn)小車所受合外力小于測力計讀數(shù) 明顯超出實驗誤差的正常范圍 你認為主要原因是 實驗操作中改進的措施是 解析 1 將表中的數(shù)據(jù)分別描在坐標系中 然后在圖中用平滑曲線連接 并且使盡可能多的點分布在曲線上 或對稱分布在曲線兩側 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 某實驗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 右側拴有一細線 跨過固定在木板邊緣的滑輪與重物連接 木塊左側與穿過打點計時器的紙帶相連 長木板固定在水平實驗臺上 實驗時 木塊在重物牽引下向右運動 重物落地后 木塊繼續(xù)向右做勻減速運動 如圖給出了重物落地后打點計時器打出的紙帶 紙帶上的小黑點是計數(shù)點 每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點 圖中未標出 計數(shù)點間的距離如圖所示 打點計時器所用交流電頻率為50Hz 不計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)計算打點計時器在打下A點和B點時木塊的速度vA m s vB m s 結果保留兩位有效數(shù)字 2 要測量在AB段木板對木塊的摩擦力所做的功WAB 還需要的實驗器材是 還應測量的物理量是 填入所選實驗器材和物理量前的字母 A 木板的長度lB 木塊的質量m1C 木板的質量m2D 重物的質量m3E 木塊運動的時間tF AB段的距離lABG 天平H 秒表I 彈簧測力計 3 在AB段木板對木塊的摩擦力所做的功的關系式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量m1即可 答案 1 右端0 720 97 2 GB 3 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全