《2018-2019學(xué)年高中物理 第四章 機械能和能源 4 課時2 實驗：研究合外力做功和動能變化的關(guān)系課件 教科版必修2.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第四章 機械能和能源 4 課時2 實驗：研究合外力做功和動能變化的關(guān)系課件 教科版必修2.ppt（33頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、課時2實驗：研究合外力做功和動能變化的關(guān)系,第四章4動能動能定理,學(xué)習(xí)目標,1.通過實驗探究合外力對物體做的功與物體動能變化的關(guān)系. 2.學(xué)習(xí)利用圖像法研究合外力做功與物體動能變化的關(guān)系.,內(nèi)容索引,,題型演練 學(xué)以致用 實訓(xùn)演練,達標檢測 檢測評價 達標過關(guān),技能儲備 明確原理 提煉方法,技能儲備,一、原理 由鉤碼通過滑輪牽引小車，當小車的質(zhì)量比鉤碼大得多時，可以把鉤碼所受的 當作小車受到的牽引力.如圖1所示.,圖1,改變鉤碼的質(zhì)量或者改變小車運動的 ，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、實驗步驟 1.按如圖1所示安裝好實驗儀器. 2
2、.平衡摩擦力：讓紙帶穿過打點計時器連在小車后端， (填“不掛”或“掛上”)鉤碼，將安裝有打點計時器的長木板的一端墊高，直到接通電源，輕推小車后，打點計時器在紙帶上打出 的點為止. 3.在小車中放入砝碼，把紙帶穿過打點計時器，連在小車后端，用細線繞過滑輪連接小車和鉤碼.,不掛,間隔均勻,4.將小車停在打點計時器附近，先 ，再 ，小車運動一段時間，關(guān)閉打點計時器電源. 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.選取點跡清晰的紙帶，選紙帶上第一個點及距離第一個點較遠的點，并依次標上0、1、2、3. 2.測出0到點1、點2、點3的距離，即對應(yīng)的小車的位移
3、x1、x2、x3， 利用公式vn__________求出點1、點2、點3對應(yīng)的瞬時速度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時牽引力所做的功W1、W2、W3. 4.先對測量數(shù)據(jù)進行估算，或作Wv草圖，大致判斷兩個量可能的關(guān)系，如果認為是Wv2(或其他)，然后以W為縱坐標，v2(或其他)為橫坐標作圖，從而判定結(jié)論. 四、注意事項 1.平衡摩擦力時，不掛鉤碼，輕推小車后，小車能做勻速直線運動. 2.計算牽引力做功時，可以不必算出具體數(shù)值，只用位移的數(shù)值與符號G的乘積表示即可.,Gxn,題型演練,,例1某實驗小組
4、采用如圖2甲所示的裝置來探究“合外力做功和動能變化的關(guān)系”.實驗中，小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達地面.實驗的部分步驟如下：,一、實驗原理與操作,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計時器； 把紙帶穿過打點計時器的限位孔，連在小車后端，用細線跨過定滑輪連接小車和鉤碼； 把小車拉到靠近打點計時器的位置，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)系來研究合外力對小車所做的功與速度變化的關(guān)系.圖乙是實驗中得到的一條紙帶，點O為紙帶上的起始點，A、B、C是紙帶的三個計數(shù)點，相鄰兩個計數(shù)點間均有4個點未畫出，用刻度尺測得A
5、、B、C到O的距離如圖乙所示，已知打點計時器所用交變電源的頻率為50 Hz，問：,(1)打B點時刻，小車的瞬時速度vB_____ m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),解析,答案,0.40,(2)本實驗中，若鉤碼下落高度為h1時合外力對小車所做的功為W0，則 當鉤碼下落h2時，合外力對小車所做的功為_____.(用h1、h2、W0表示),解析,答案,(3)實驗中，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W與v的關(guān)系作出的猜想，肯定不正確的是____.(填寫選項前的字母代號) A.Wv B.Wv2,解析,答案,AC,解析xv圖像為過原點的曲線，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)在本實驗中，下列做法能有效地減小實驗誤差的是______.(填寫選項前的字母代號) A.把長木板右端適當墊高，以平衡摩擦力 B.實驗中控制鉤碼的質(zhì)量，使其遠小于小車的總質(zhì)量 C.調(diào)節(jié)滑輪高度，使拉小車的細線和長木板平行 D.先放開小車再接通打點計時器的電源,解析,答案,ABC,解析本實驗探究“合外力做功和動能變化的關(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)該先接通打點計時器的
7、電源，后放開小車，故D錯誤.,,例2某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器“研究力做功與動能變化的關(guān)系”.如圖3所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，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兩點各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過A、B點時的速度大小，小車中可以放置砝碼.,二、數(shù)據(jù)處理,圖3,(1)實驗主要步驟如下： 測量______和拉力傳感器的總質(zhì)量M1；把細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,解析在實驗過程中拉力對小車和拉力傳感器做功使小車和拉力傳感器的動能
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，__________，小車在細線拉動下運動，記錄細線拉力及小車通過A、B點時的速度. 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|是兩個速度傳感器記錄速度的平方差. 可以據(jù)此計算出動能變化量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，請在圖4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，作圖可用描點法，圖線如圖所示.,達標檢測,解析本實驗需要知道小車的動能，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跡之間的長度，求出小車的瞬時速度.,1.(實驗原理與操作)某同學(xué)把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，將細繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運動，以此定量探究繩拉力做功 與小車動能變化的關(guān)系.此外還準備了打點計 時器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、 小木塊等.組裝的實驗裝置如圖5所示. (
10、1)若要完成該實驗，必需的實驗器材還有哪 些_______________________.,圖5,刻度尺、天平(包括砝碼),答案,解析,1,2,(2)實驗開始時，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行.他這樣做的目的是下列的哪個____(填字母代號). A.避免小車在運動過程中發(fā)生抖動 B.可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰 C.可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運動 D.可在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受 的合力,解析牽引小車的細繩與木板平行的目的是在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力，選項D正確.,答案,解析,D,1,2,(3)平衡摩擦力后，當他用多個鉤碼牽引小車
11、時，發(fā)現(xiàn)小車運動過快，致使打出的紙帶上點數(shù)較少，難以選到合適的點計算小車速度.在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請你利用本實驗的器材提出一個解決辦法：_____________________________.,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作細繩拉力做的功，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些.這一情況可能是下列哪些原因造成的_____(填字母代號). A.在接通電源的同時釋放了小車 B.小車釋放時離打點計時器太近 C.阻力未完全
12、被小車重力沿木板方向的分力 平衡掉 D.鉤碼做勻加速運動，鉤碼重力大于細繩拉力,答案,解析,CD,1,2,解析當小車在運動過程中存在阻力，拉力做正功和阻力做負功之和等于小車動能增量，故拉力做功總是要比小車動能增量大一些；當鉤碼加速運動時，鉤碼重力大于細繩拉力，此同學(xué)將鉤碼重力做的功當作細繩拉力做的功，則拉力做功要比小車動能增量大，故只有C、D正確.,1,2,2.(實驗創(chuàng)新設(shè)計)物體在空中下落的過程中，重力做正功，物體的動能越來越大，為了“探究重力做功與物體動能變化間的定量關(guān)系”，我們提供了如圖6所示的實驗裝置.,1,2,某同學(xué)根據(jù)所學(xué)的知識結(jié)合圖中實驗裝置設(shè)計了一個適合本實驗情景的命題：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，通過光電門時的速度為v，試探究外力做的功mgx與小球動能變化量 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，計時裝置記下小球經(jīng)過光電門所用時間為 2.50103 s； 計算得出重力做的功為4.02 J，小球動能變化量為______ 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)中條件得出本實驗的結(jié)論：___________________________ ___________________.,在誤差允許范圍內(nèi)重力做功與,答案,物體動能變化量相等,1,2,
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