《物理專題五 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)五 探究動(dòng)能定理》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《物理專題五 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)五 探究動(dòng)能定理(40頁珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)?zāi)康?探究外力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系2通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,總結(jié)出做功與物體速度平方的正比關(guān)系實(shí)驗(yàn)原理?xiàng)l數(shù)增加打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系,可通過改變力對(duì)物體做的功,測(cè)出力對(duì)物體做不同功時(shí)物體的速度為簡化實(shí)驗(yàn)可將物體初速度設(shè)置為零,可用如圖 S5-1 所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),通過增加橡皮筋的_使橡皮筋對(duì)小車做的功成倍_,再通過_和紙帶來測(cè)量每次實(shí)驗(yàn)后小車的末速度 v.圖 S5-1實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、小車(帶小鉤)、電源、導(dǎo)線、砝碼、56 條完全相同的橡皮筋、刻度尺、長木板、鐵釘?shù)葘?shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)步驟平衡摩擦力1按如圖 S5-1 所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝
2、好,同時(shí)_2先用_條橡皮筋做實(shí)驗(yàn),用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出小車獲得的速度 v1,設(shè)此時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為_,將這一組數(shù)據(jù)記入表格1W3用_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,這樣橡皮筋對(duì)小車做的功為_,測(cè)出小車獲得的速度 v2,將數(shù)據(jù)記入表格22W4用 3 條、4 條橡皮筋做實(shí)驗(yàn),用同樣的方法測(cè)出橡皮筋對(duì)小車做的功和小車獲得的速度,記入表格5觀察測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì),大致判斷兩個(gè)量可能的關(guān)系,然后以 W 為縱坐標(biāo),以 v2(或 v)為橫坐標(biāo)作圖,尋找兩者的關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)論從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出,功W與速度v的平方成正比,即Wv2.【基礎(chǔ)檢測(cè)】(2017 年槐蔭區(qū)期末)某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖 S5-
3、2 所示的裝置“探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”提供的實(shí)驗(yàn)器材:電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及紙帶、沙桶、細(xì)沙、細(xì)線、小車及砝碼、一端帶滑輪的長木板及墊塊圖 S5-2(1)為完成此實(shí)驗(yàn),還需要的器材是_(填下列儀器前的字母代號(hào))A天平B秒表C毫米刻度尺(2)實(shí)驗(yàn)時(shí),為了方便計(jì)算合力的功,使小車所受的合力大小等于沙和沙桶的總重力為此,一方面要消除摩擦力的影響;另一方面還應(yīng)使沙和沙桶的質(zhì)量 _( 填“遠(yuǎn)小于”或“遠(yuǎn)大于”)小車和砝碼的總質(zhì)量答案:(1)AC (2)遠(yuǎn)小于考點(diǎn)1對(duì)實(shí)驗(yàn)基本原理和步驟的考查 重點(diǎn)歸納1平衡摩擦力:將木板一端墊高,使小車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(shí)器
4、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(dòng),找到木板一個(gè)合適的傾角2選點(diǎn)測(cè)速:測(cè)小車速度時(shí),紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻部分的,也就是選小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)打的點(diǎn)3規(guī)格相同:橡皮筋規(guī)格相同時(shí),力對(duì)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 典例剖析例1:某實(shí)驗(yàn)小組用如圖 S5-3 所示裝置“探究功與物體速度變化的關(guān)系”圖 S5-3(1)為平衡小車運(yùn)動(dòng)過程中受到的阻力,應(yīng)該采用下面所述方法中的_(填選項(xiàng)前的字母代號(hào))A逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度,讓小車能夠自由下滑B逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度,讓小車在橡皮筋作用下開始運(yùn)動(dòng)C逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度,給小車一初速度,讓拖著紙帶的小車勻速下滑D逐步調(diào)
5、節(jié)木板的傾斜程度,讓拖著紙帶的小車自由下滑(2)圖 S5-4 是該實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)過程中打出的一條紙帶,已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連接的電源的頻率為 50 Hz,則橡皮筋恢復(fù)原長時(shí)小車的速度為_m/s(計(jì)算結(jié)果保留 3 位有效數(shù)字)圖 S5-4答案:(1)C (2)1.39(1.381.40 均正確)【考點(diǎn)練透】1(2016 年重慶第一中學(xué)檢測(cè))用如圖 S5-5 甲所示裝置來探究“功和動(dòng)能變化的關(guān)系”木板上固定兩個(gè)完全相同的遮光條 A、B,用不可伸長的細(xì)線將木板通過兩個(gè)滑輪與彈簧測(cè)力計(jì) C 相連,木板放在安裝有定滑輪和光電門的軌道 D 上,軌道放在水平桌面上,P 為小桶(內(nèi)有沙子),滑輪質(zhì)量、摩擦不計(jì),重力
6、加速度為 g.甲丙乙圖 S5-5(1)實(shí)驗(yàn)中軌道應(yīng)傾斜一定角度,這樣做的目的是_A為了使釋放木板后,木板能勻加速下滑B為了增大木板下滑的加速度C可使得細(xì)線拉力做的功等于合力對(duì)木板做的功D可使得木板在未施加拉力時(shí)能勻速下滑(2)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度,如圖乙所示,則遮光條的寬度 d_cm.(3)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下:測(cè)量木板、遮光條的總質(zhì)量 M,測(cè)量兩遮光條的距離 L;按圖甲正確連接器材將木板左端與軌道左端對(duì)齊,靜止釋放木板,木板在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng),記錄彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù) F 及遮光條 B、A 先后經(jīng)過光電門的時(shí)間為 t1、t2.則遮光條 B、A 通過光電門的過程中木板動(dòng)能的變化量Ek _ , 合外力
7、對(duì)木板做功W _,(用字母 M、t1、t2、d、L、F 表示)在小桶中增加沙子,重復(fù)的操作比較 W、Ek 的大小,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論考點(diǎn) 2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及誤差分析 重點(diǎn)歸納1數(shù)據(jù)分析(1)小車速度的求法:實(shí)驗(yàn)獲得如圖 S5-6 所示紙帶,利用紙帶上點(diǎn)跡均勻的一段測(cè)出兩點(diǎn)間的距離,如紙帶上 A、B 兩點(diǎn)圖 S5-6橡皮筋條數(shù)位移s/m時(shí)間t/s速度v/(ms1)速度的平方v2/(m2s2) 典例剖析例 2:如圖 S5-7 所示是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究“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)小車做的功記為 W.當(dāng)我們把 2 條、3 條完
8、全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第 2 次、第 3 次實(shí)驗(yàn)時(shí),每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放小車每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打點(diǎn)的紙帶測(cè)出圖 S5-7(1) 除了圖中的已給出的實(shí)驗(yàn)器材外,還需要的器材有_(2)平衡摩擦后,每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的,為了測(cè)量小車獲得的速度,應(yīng)選用紙帶的_部分進(jìn)行測(cè)量(3)下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表,請(qǐng)將第 2 次、第 3 次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做的功填寫在對(duì)應(yīng)的位置.項(xiàng)目橡皮筋做的功10個(gè)間距的距離x/m10個(gè)間距的時(shí)間T/s小車獲得的速度vn/(ms1)小車速度的平方v/(m2s2)第1次W0.2000.2第2次_0.2800.2第3次_0.3000.2第
9、4次_0.4000.2第5次_0.4500.2(4)從理論上講,橡皮筋做的功 Wn 和物體速度 vn 變化的關(guān)系應(yīng)是 Wn_,請(qǐng)你根據(jù)表中測(cè)定的數(shù)據(jù)在如圖 S5-8所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗(yàn)證理論的正確性圖 S5-8答案:(1) 刻度尺(2) 點(diǎn)距均勻(3)2W3W4W5W(4)vn如圖 S5-9 所示圖 S5-92題后反思:1.實(shí)驗(yàn)器材的選用對(duì)應(yīng)第(1)題只要應(yīng)用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打紙帶的實(shí)驗(yàn),與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器相關(guān)的器材,如:學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶必須有,處理紙帶時(shí),為測(cè)量計(jì)時(shí)點(diǎn)間距,還應(yīng)有刻度尺2數(shù)據(jù)處理的方法對(duì)應(yīng)第(2)(3)題(1)紙帶上點(diǎn)間距相等部分對(duì)應(yīng)橡皮筋松弛后小車獲得的末速度
10、(2)因完全相同的橡皮筋,拉伸相同的長度,故橡皮筋對(duì)小車做的總功與橡皮筋條數(shù)成正比3利用圖象探究物理量間的關(guān)系對(duì)應(yīng)第(4)題(1)利用圖象探究物理量間的關(guān)系時(shí),首先確定橫、縱坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)的物理量及單位(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)確定橫、縱坐標(biāo)軸的標(biāo)度(3)認(rèn)真描出各坐標(biāo)點(diǎn)(4)連線時(shí)要注意連線原則,偏離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)要舍去【考點(diǎn)練透】2某同學(xué)利用如圖 S5-10 所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系圖 S5-10A小物塊在橡皮筋的作用下彈出,沿水平桌面滑行,之后平拋落至水平地面上,落點(diǎn)記為 M1;B在釘子上分別套上 2 條、3 條、4 條同樣的橡皮筋,使每次橡皮筋拉伸的長度都保持一致,重復(fù)步驟(1),小物塊落點(diǎn)
11、分別記為 M2、M3、M4C測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(1)為求出小物塊拋出時(shí)的動(dòng)能,需要測(cè)量下列物理量中的_(填正確答案標(biāo)號(hào))A小物塊的質(zhì)量 mB橡皮筋的原長 xC橡皮筋的伸長量xD桌面到地面的高度 hE小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離 L(2)將幾次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小物塊做的功分別記為 W1、W2、W3小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離分別記為 L1 、L2 、L3若功與速度的平方成正比,則應(yīng)以 W 為縱坐標(biāo)、_為橫坐標(biāo)作圖,才能得到一條直線(3)若小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略,則由此引起的誤差屬于_(填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)(3)由于儀器本身不精確,或?qū)嶒?yàn)方法粗略,或?qū)嶒?yàn)原理不完善而產(chǎn)生
12、的誤差屬于系統(tǒng)誤差實(shí)驗(yàn)中由于小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略而引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差答案:(1)ADE (2)L2(3)系統(tǒng)誤差考點(diǎn) 3實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新 重點(diǎn)歸納1實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn),使用拉力傳感器和速度傳感器圖 S5-112實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)(1)利用自由落體運(yùn)動(dòng)探究功和動(dòng)能的關(guān)系(2)研究小車以不同的初速度沿粗糙水平面滑動(dòng)的距離,得出小車的初動(dòng)能大小與克服摩擦力做功的情況,也可探究動(dòng)能定理這時(shí)必須保證小車與水平面上各處之間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同 典例剖析例3:某學(xué)習(xí)小組利用如圖 S5-12 所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理圖 S5-12(1)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平,安裝好實(shí)驗(yàn)器材,從圖中讀出兩光電門中心之間的距離 x_
13、cm.(2)測(cè)量擋光條的寬度 d,記錄擋光條通過光電門 1 和 2 所用的時(shí)間t1 和t2,并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力 F,為了完成實(shí)驗(yàn),還需要直接測(cè)量的一個(gè)物理量是:_.(3)該實(shí)驗(yàn)是否需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量? _( 填“是”或“否”)答案:(1)50.00 (2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量 M(3)否題后反思:1實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新對(duì)應(yīng)題干部分(1)利用氣墊導(dǎo)軌替代長木板,實(shí)驗(yàn)中不必再平衡滑塊的摩擦力(2)利用光電門測(cè)量滑塊運(yùn)動(dòng)的速度更準(zhǔn)確(3)利用力傳感器測(cè)量細(xì)繩的拉力更方便2實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新對(duì)應(yīng)第(2)題(1)實(shí)驗(yàn)研究滑塊通過兩光電門之
14、間的過程中合外力做功與動(dòng)能改變量的關(guān)系,研究對(duì)象為滑塊、擋光條和拉力傳感器組成的整體(2)因用拉力傳感器直接測(cè)細(xì)繩拉力大小,故不必滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量【考點(diǎn)練透】3(2016 年新課標(biāo)卷)某物理小組對(duì)輕彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究,實(shí)驗(yàn)裝置如圖 S5-13 所示:輕彈簧放置在光滑水平桌面上,彈簧左端固定,右端與一物塊接觸而不連接,紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接向左推物塊使彈簧壓縮一段距離,由靜止釋放物塊,通過測(cè)量和計(jì)算,可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能圖 S5-13(1)實(shí)驗(yàn)中涉及下列操作步驟:把紙帶向左拉直松手釋放物塊接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源向左推物塊使彈簧壓縮,并測(cè)量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是_(填代表步驟的序號(hào))(2)圖 S5-14 中 M 和 L 紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為 50 Hz.由 M 紙帶所給的數(shù)據(jù),可求出在該紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為 _m/s. 比較兩紙帶可知,_(填“M”或“L”)紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大圖 S5-14答案:(1)(2)1.29 M