2018-2019學(xué)年高中物理 第四章 機(jī)械能和能源 4 課時(shí)2 實(shí)驗(yàn)：研究合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系課件 教科版必修2.ppt

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1、課時(shí)2實(shí)驗(yàn)：研究合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系,第四章4動(dòng)能動(dòng)能定理,學(xué)習(xí)目標(biāo),1.通過實(shí)驗(yàn)探究合外力對(duì)物體做的功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系. 2.學(xué)習(xí)利用圖像法研究合外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系.,內(nèi)容索引,,題型演練 學(xué)以致用 實(shí)訓(xùn)演練,達(dá)標(biāo)檢測 檢測評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān),技能儲(chǔ)備 明確原理 提煉方法,技能儲(chǔ)備,一、原理 由鉤碼通過滑輪牽引小車，當(dāng)小車的質(zhì)量比鉤碼大得多時(shí)，可以把鉤碼所受的 當(dāng)作小車受到的牽引力.如圖1所示.,圖1,改變鉤碼的質(zhì)量或者改變小車運(yùn)動(dòng)的 ，也就改變了牽引力做的功，從而探究牽引力做的功與小車獲得的速度間的關(guān)系.,重力,距離,二、實(shí)驗(yàn)步驟 1.按如圖1所示安裝好實(shí)驗(yàn)儀器. 2

2、.平衡摩擦力：讓紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連在小車后端， (填“不掛”或“掛上”)鉤碼，將安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的長木板的一端墊高，直到接通電源，輕推小車后，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出 的點(diǎn)為止. 3.在小車中放入砝碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車后端，用細(xì)線繞過滑輪連接小車和鉤碼.,不掛,間隔均勻,4.將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，先 ，再 ，小車運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源. 5.改變鉤碼的數(shù)量，更換紙帶重復(fù)4的操作. 三、數(shù)據(jù)處理 1.選取點(diǎn)跡清晰的紙帶，選紙帶上第一個(gè)點(diǎn)及距離第一個(gè)點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)，并依次標(biāo)上0、1、2、3. 2.測出0到點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3的距離，即對(duì)應(yīng)的小車的位移

3、x1、x2、x3， 利用公式vn__________求出點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、 v3.,接通電源,釋放小車,3.確定此紙帶所掛的鉤碼的重力G，利用Wn ，分別求出小車的位移為x1、x2、x3時(shí)牽引力所做的功W1、W2、W3. 4.先對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，或作Wv草圖，大致判斷兩個(gè)量可能的關(guān)系，如果認(rèn)為是Wv2(或其他)，然后以W為縱坐標(biāo)，v2(或其他)為橫坐標(biāo)作圖，從而判定結(jié)論. 四、注意事項(xiàng) 1.平衡摩擦力時(shí)，不掛鉤碼，輕推小車后，小車能做勻速直線運(yùn)動(dòng). 2.計(jì)算牽引力做功時(shí)，可以不必算出具體數(shù)值，只用位移的數(shù)值與符號(hào)G的乘積表示即可.,Gxn,題型演練,,例1某實(shí)驗(yàn)小組

4、采用如圖2甲所示的裝置來探究“合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系”.實(shí)驗(yàn)中，小車碰到制動(dòng)裝置時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面.實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下：,一、實(shí)驗(yàn)原理與操作,圖2,將一塊一端帶有定滑輪的長木板固定在桌面上，在長木板的另一端固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器； 把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，連在小車后端，用細(xì)線跨過定滑輪連接小車和鉤碼； 把小車?yán)娇拷螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置，接通電源，從靜止開始釋放小車，得到一條紙帶；,關(guān)閉電源，通過分析小車位移與速度的變化關(guān)系來研究合外力對(duì)小車所做的功與速度變化的關(guān)系.圖乙是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，點(diǎn)O為紙帶上的起始點(diǎn)，A、B、C是紙帶的三個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間均有4個(gè)點(diǎn)未畫出，用刻度尺測得A

5、、B、C到O的距離如圖乙所示，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交變電源的頻率為50 Hz，問：,(1)打B點(diǎn)時(shí)刻，小車的瞬時(shí)速度vB_____ m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),解析,答案,0.40,(2)本實(shí)驗(yàn)中，若鉤碼下落高度為h1時(shí)合外力對(duì)小車所做的功為W0，則 當(dāng)鉤碼下落h2時(shí)，合外力對(duì)小車所做的功為_____.(用h1、h2、W0表示),解析,答案,(3)實(shí)驗(yàn)中，該小組同學(xué)畫出小車位移x與速度v的關(guān)系圖像如圖丙所示.根據(jù)圖丙，某同學(xué)對(duì)W與v的關(guān)系作出的猜想，肯定不正確的是____.(填寫選項(xiàng)前的字母代號(hào)) A.Wv B.Wv2,解析,答案,AC,解析xv圖像為過原點(diǎn)的曲線，故W與v一定不是正比

6、關(guān)系，也一定不是反比關(guān)系.故選A、C.,(4)在本實(shí)驗(yàn)中，下列做法能有效地減小實(shí)驗(yàn)誤差的是______.(填寫選項(xiàng)前的字母代號(hào)) A.把長木板右端適當(dāng)墊高，以平衡摩擦力 B.實(shí)驗(yàn)中控制鉤碼的質(zhì)量，使其遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量 C.調(diào)節(jié)滑輪高度，使拉小車的細(xì)線和長木板平行 D.先放開小車再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,解析,答案,ABC,解析本實(shí)驗(yàn)探究“合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系”，要使鉤碼的重力等于小車所受的合外力，就必須先平衡摩擦力，保證鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量，故A、B正確； 調(diào)節(jié)滑輪高度，使拉小車的細(xì)線和長木板平行，讓力的方向和位移方向在同一直線上，可以減小誤差，故C正確； 應(yīng)該先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的

7、電源，后放開小車，故D錯(cuò)誤.,,例2某實(shí)驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器“研究力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系”.如圖3所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)線將其通過一個(gè)定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小.在水平桌面上相距50.0 cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器，記錄小車通過A、B點(diǎn)時(shí)的速度大小，小車中可以放置砝碼.,二、數(shù)據(jù)處理,圖3,(1)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下： 測量______和拉力傳感器的總質(zhì)量M1；把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路.,答案,解析,小車,解析在實(shí)驗(yàn)過程中拉力對(duì)小車和拉力傳感器做功使小車和拉力傳感器的動(dòng)能

8、增加，所以需要測量小車和拉車傳感器的總質(zhì)量；,將小車停在C點(diǎn)，__________，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄細(xì)線拉力及小車通過A、B點(diǎn)時(shí)的速度. 在小車內(nèi)增加砝碼或__________，重復(fù)的操作.,答案,解析,釋放小車,解析通過控制變量法只改變小車的質(zhì)量或只改變拉力大小得出不同的數(shù)據(jù).,減少砝碼,(2)下表是他們測得的一組數(shù)據(jù)，其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，|v22v12|是兩個(gè)速度傳感器記錄速度的平方差. 可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量E，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力，W是F在A、B間所做的功.表格中的E3______，W3______.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 數(shù)據(jù)記錄表,0.600 J,0

9、.610 J,答案,解析,(3)根據(jù)表格，請(qǐng)?jiān)趫D4的方格紙上作出EW圖線.,答案,解析,圖4,答案見解析圖,解析利用圖像法處理數(shù)據(jù)，可知W與E成正比，作圖可用描點(diǎn)法，圖線如圖所示.,達(dá)標(biāo)檢測,解析本實(shí)驗(yàn)需要知道小車的動(dòng)能，因此還需要有天平測出小車的質(zhì)量，用刻度尺測量紙帶上點(diǎn)跡之間的長度，求出小車的瞬時(shí)速度.,1.(實(shí)驗(yàn)原理與操作)某同學(xué)把附有滑輪的長木板平放在實(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5所示. (

10、1)若要完成該實(shí)驗(yàn)，必需的實(shí)驗(yàn)器材還有哪 些_______________________.,圖5,刻度尺、天平(包括砝碼),答案,解析,1,2,(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,解析牽引小車的細(xì)繩與木板平行的目的是在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力，選項(xiàng)D正確.,答案,解析,D,1,2,(3)平衡摩擦力后，當(dāng)他用多個(gè)鉤碼牽引小車

11、時(shí)，發(fā)現(xiàn)小車運(yùn)動(dòng)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)解決辦法：_____________________________.,答案,解析,可在小車上加適量砝碼(或鉤碼),解析在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下要減小小車加速度可以增加小車的質(zhì)量，故可在小車上加適量砝碼(或鉤碼).,1,2,(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

12、被小車重力沿木板方向的分力 平衡掉 D.鉤碼做勻加速運(yùn)動(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力,答案,解析,CD,1,2,解析當(dāng)小車在運(yùn)動(dòng)過程中存在阻力，拉力做正功和阻力做負(fù)功之和等于小車動(dòng)能增量，故拉力做功總是要比小車動(dòng)能增量大一些；當(dāng)鉤碼加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力，此同學(xué)將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，則拉力做功要比小車動(dòng)能增量大，故只有C、D正確.,1,2,2.(實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì))物體在空中下落的過程中，重力做正功，物體的動(dòng)能越來越大，為了“探究重力做功與物體動(dòng)能變化間的定量關(guān)系”，我們提供了如圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置.,1,2,某同學(xué)根據(jù)所學(xué)的知識(shí)結(jié)合圖中實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)了一個(gè)適合本實(shí)驗(yàn)情景的命題：如圖所

13、示，設(shè)質(zhì)量為m(已測定)的小鋼球在重力mg作用下從開始自由下落至光電門發(fā)生的位移為x，通過光電門時(shí)的速度為v，試探究外力做的功mgx與小球動(dòng)能變化量 的定量關(guān)系.,圖6,(1)某同學(xué)根據(jù)上述命題進(jìn)行如下操作并測出如下數(shù)據(jù)： 用天平測定小球的質(zhì)量為0.50 kg； 用游標(biāo)卡尺測出小球的直徑為10.0 mm； 用刻度尺測出電磁鐵下端到________的距 離為80.40 cm； 電磁鐵先通電，讓小球_______________； 讓電磁鐵斷電，小球自由下落； 在小球經(jīng)過光電門時(shí)，計(jì)時(shí)裝置記下小球經(jīng)過光電門所用時(shí)間為 2.50103 s； 計(jì)算得出重力做的功為4.02 J，小球動(dòng)能變化量為______ J.(g取10 m/s2，結(jié)果保留三位有效數(shù)字),光電門,吸在電磁鐵下端,答案,4.00,1,2,(2)試根據(jù)(1)中條件得出本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論：___________________________ ___________________.,在誤差允許范圍內(nèi)重力做功與,答案,物體動(dòng)能變化量相等,1,2,