實(shí)驗(yàn)5探究動(dòng)能定理 實(shí)驗(yàn)溯本求源 實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)探究 課時(shí)鞏固訓(xùn)練 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究外力對(duì)物體做功與物體速度的關(guān)系 2 通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 總結(jié)出做功與物體速度二次方的正比關(guān)系 二 實(shí)驗(yàn)原理1 通過(guò)改變橡皮筋條數(shù)確定對(duì)小車做的功W 2W 3W 不直接測(cè)量對(duì)小車做功的具體大小 2 用打點(diǎn)紙帶測(cè)出由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度 進(jìn)行若干次實(shí)驗(yàn)得到若干組功和速度的數(shù)據(jù) 3 作出橡皮筋對(duì)小車做的功W隨小車獲得的速度v變化的W v W v2 W v3圖像 分析圖像得到橡皮筋對(duì)小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系 三 實(shí)驗(yàn)器材小車 前面帶小鉤 100 200g砝碼 長(zhǎng)木板 兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶?duì)稱位置釘兩個(gè)鐵釘 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及紙帶 學(xué)生電源及導(dǎo)線 使用電火花計(jì)時(shí)器不用學(xué)生電源 5 6條相同的橡皮筋 刻度尺 四 實(shí)驗(yàn)步驟1 按如圖S5 1所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好 同時(shí)平衡摩擦力 2 先用1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W1 將這一組數(shù)據(jù)記入表格 3 用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度與第一次相同 這樣橡皮筋對(duì)小車做的功為W2 測(cè)出小車獲得的速度v2 將數(shù)據(jù)記入表格 4 用3條 4條 橡皮筋做實(shí)驗(yàn) 用同樣的方法測(cè)出功和速度 記入表格 圖S5 1 2 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù) 分別作出W v圖線 W v2圖線 W v3圖線 哪一種圖像更接近于過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線 功與速度之間就是哪一種正比關(guān)系 六 誤差分析1 誤差的主要來(lái)源是橡皮筋的長(zhǎng)度 粗細(xì)不一 使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比 2 沒(méi)有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時(shí)傾角過(guò)大也會(huì)造成誤差 3 利用打點(diǎn)紙帶計(jì)算小車的速度時(shí) 測(cè)量不準(zhǔn)帶來(lái)誤差 熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作 例1某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲以圖S5 3裝置中的滑塊為對(duì)象驗(yàn)證動(dòng)能定理 他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖S5 3所示的裝置 另外他們還找到了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的學(xué)生電源 導(dǎo)線 復(fù)寫紙 紙帶 小木塊 細(xì)沙 墊塊 天平 當(dāng)滑塊連接上紙帶 用細(xì)線通過(guò)滑輪掛上空的小沙桶時(shí) 釋放小桶 滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài) 若你是小組中的一位成員 要完成該項(xiàng)實(shí)驗(yàn) 則 圖S5 3 1 你認(rèn)為還需要的實(shí)驗(yàn)器材有 2 實(shí)驗(yàn)時(shí)為了保證滑塊 質(zhì)量為M 受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等 沙和沙桶的總質(zhì)量m應(yīng)滿足的實(shí)驗(yàn)條件是 實(shí)驗(yàn)時(shí)首先要做的步驟是 3 在 2 的基礎(chǔ)上 某同學(xué)用天平稱量滑塊的質(zhì)量M 往沙桶中裝入適量的細(xì)沙 用天平稱出此時(shí)沙和沙桶的總質(zhì)量m 讓沙桶帶動(dòng)滑塊加速運(yùn)動(dòng) 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄其運(yùn)動(dòng)情況 在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上取兩點(diǎn) 測(cè)出這兩點(diǎn)的間距L和這兩點(diǎn)的速度大小v1與v2 v1 v2 重力加速度為g 對(duì)滑塊 本實(shí)驗(yàn)最終要驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 用題中的字母表示 變式圖S5 4是某小組用滑塊驗(yàn)證動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)裝置 在滑塊上安裝一遮光條與拉力傳感器 把滑塊放在水平氣墊導(dǎo)軌上 通過(guò)定滑輪的細(xì)繩與鉤碼相連 光電門安裝在B處 測(cè)得滑塊 含遮光條和拉力傳感器 質(zhì)量為M 鉤碼的總質(zhì)量為m 遮光條的寬度為d 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間 當(dāng)氣墊導(dǎo)軌充氣后 將滑塊在圖示A位置由靜止釋放后 拉力傳感器記錄的示數(shù)為F 光電門記錄的時(shí)間為 t 圖S5 4 1 實(shí)驗(yàn)中是否要求鉤碼總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量M 選填 是 或 否 2 實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量是 用文字及相應(yīng)的符號(hào)表示 3 本實(shí)驗(yàn)中對(duì)滑塊驗(yàn)證動(dòng)能定理的表達(dá)式為 用以上對(duì)應(yīng)物理量的符號(hào)表示 4 為減小實(shí)驗(yàn)誤差 可采取的方法是 A 增大A B之間的距離B 減小鉤碼的總質(zhì)量C 增大滑塊的質(zhì)量D 減小遮光條的寬度 特別提醒 1 平衡摩擦力 將木板固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端墊高 使小車重力沿木板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 應(yīng)選紙帶上點(diǎn)均勻的部分計(jì)算小車速度 熱點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理與誤差分析 例2 2017 北京卷 如圖S5 5甲所示 用質(zhì)量為m的重物通過(guò)滑輪牽引小車 使它在長(zhǎng)木板上運(yùn)動(dòng) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況 利用該裝置可以完成 探究動(dòng)能定理 的實(shí)驗(yàn) 甲 乙 圖S5 5 丙 3 接通電源 釋放小車 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn) 將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O 在紙帶上依次取A B C 若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T 測(cè)得A B C 各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為x1 x2 x3 如圖乙所示 實(shí)驗(yàn)中 重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量 可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg 從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中 拉力對(duì)小車做的功W 打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v 4 以v2為縱坐標(biāo) W為橫坐標(biāo) 利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出如圖丙所示的v2 W圖像 由此圖像可得v2隨W變化的表達(dá)式為 根據(jù)功與能的關(guān)系 動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系 與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是 5 假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響 若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件 則從理論上分析 圖S5 6中正確反映v2 W關(guān)系的是 圖S5 6 變式1某同學(xué)利用圖S5 7甲所示裝置探究力對(duì)物體做的功與物體速度變化的關(guān)系 得到了下表的數(shù)據(jù) 圖S5 7 注 每條橡皮筋拉長(zhǎng)的長(zhǎng)度都一樣 1 由表可得出定性結(jié)論 2 設(shè)一條橡皮筋拉長(zhǎng)到固定長(zhǎng)度所做功為W0 大致畫出橡皮筋所做的功W與小車速度v的圖像 畫在圖乙中 3 根據(jù)以上的W v圖像對(duì)W與v的關(guān)系做出初步判斷 4 根據(jù)數(shù)據(jù)完成下表的空白部分 變式2用如圖S5 8甲所示裝置來(lái)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(zhǎng)的細(xì)線將木板通過(guò)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) 重力加速度為g 圖S5 8 1 實(shí)驗(yàn)中軌道應(yīng)傾斜一定角度 這樣做目的是 A 使釋放木板后 木板能勻加速下滑B 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 可使得在未施加拉力時(shí)木板能勻速下滑 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?jī)烧诠鈼l的距離L 按甲圖正確連接器材 特別提醒 1 利用圖像探究物理量間的關(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 1 某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖S5 9甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)做 探究做功和物體速度變化關(guān)系 的實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)裝置中PQ為一塊傾斜放置的木板 木板可認(rèn)為是光滑的 在其上固定一個(gè)光電門 用來(lái)測(cè)量物塊上遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間 圖S5 9 2 某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖S5 10所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系 圖中小車中可放置砝碼 實(shí)驗(yàn)中 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50Hz 1 實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下 在小車中放入砝碼 把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 連在小車后端 用細(xì)線連接小車和鉤碼 將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近 小車拖動(dòng)紙帶 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn) 改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量 更換紙帶 重復(fù) 的操作 圖S5 10 2 如圖S5 11是鉤碼質(zhì)量為0 03kg 砝碼質(zhì)量為0 02kg時(shí)得到的一條紙帶 在紙帶上選擇O及A B C D E計(jì)數(shù)點(diǎn) 可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離x及對(duì)應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度v 請(qǐng)將C點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果填在表中的相應(yīng)位置 圖S5 11 3 本實(shí)驗(yàn) 若用鉤碼的重力表示小車受到的合外力 為了減小這種做法帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差 應(yīng)采取的兩項(xiàng)措施是 3 2017 江蘇卷 利用如圖S5 12所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系 小車的質(zhì)量為M 200 0g 鉤碼的質(zhì)量為m 10 0g 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50Hz的交流電 1 掛鉤碼前 為了消除摩擦力的影響 應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度 直至向左輕推小車觀察到 圖S5 12 2 掛上鉤碼 按實(shí)驗(yàn)要求打出的一條紙帶如圖S5 13所示 選擇某一點(diǎn)為O 依次每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 用刻度尺量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離 x 記錄在紙帶上 計(jì)算打出各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v 其中打出計(jì)數(shù)點(diǎn) 1 時(shí)小車的速度v1 m s 3 將鉤碼的重力視為小車受到的拉力 取g 9 80m s2 利用W mg x算出拉力對(duì)小車做的功W 利用Ek Mv2算出小車動(dòng)能 并求出動(dòng)能的變化量 Ek 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表 圖S5 13 請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù) 在方格紙上作出 Ek W圖像 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 Ek總是略小于W 某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的 用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實(shí)際拉力F N 圖S5 14 4 某同學(xué)用如圖S5 15甲所示的器材做 探究功與速度變化的關(guān)系 的實(shí)驗(yàn) 小車在一條橡皮筋作用下彈出 沿木板滑行 這時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功記為W 當(dāng)用2條 3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)時(shí) 使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致 小車速度可由速度傳感器測(cè)出 并經(jīng)電腦處理后得出如圖乙所示的一一對(duì)應(yīng)的v t圖像 由圖像可以讀出每次實(shí)驗(yàn)時(shí)小車獲得的最大速度并記入表中 圖S5 15 1 表中 X 應(yīng)該是 2 從表格中可以得出 合力做的功W與速度v的關(guān)系是 3 在作W v2圖像時(shí) 由于實(shí)際操作過(guò)程中木板的傾角調(diào)整不當(dāng) 造成實(shí)際圖線與理想圖線 虛線 存在差異 則作出的W v2圖像可能是 圖S5 16 5 某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖S5 17甲所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系 他們將寬度為d的擋光片固定在小車上 用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將小車通過(guò)一個(gè)定滑輪與砝碼盤相連 在水平桌面上的A B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)光電門 記錄小車通過(guò)A B時(shí)的遮光時(shí)間 小車中可以放置砝碼 砝碼對(duì)光電門無(wú)影響 實(shí)驗(yàn)主要步驟如下 圖S5 17 用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光片的寬度d 將木板略微傾斜以平衡摩擦力 使細(xì)線拉力做的功等于合力對(duì)小車做的功 將小車停在C點(diǎn) 在砝碼盤中放上砝碼 小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng) 記錄此時(shí)小車 小車中砝碼和擋光片的質(zhì)量之和為M 砝碼盤和盤中砝碼的總質(zhì)量為m 小車通過(guò)A B時(shí)的遮光時(shí)間分別為t1 t2 在小車中增 減砝碼或在砝碼盤中增 減砝碼 重復(fù) 的操作 1 下表是他們測(cè)得的多組數(shù)據(jù) 其中 是兩個(gè)速度的平方差 F為砝碼盤及盤中砝碼的總重力 W是F在A B間做的功 表格中W3 結(jié)果保留三位有效數(shù)字 6 如圖S5 18所示的實(shí)驗(yàn)裝置 可以用來(lái)做驗(yàn)證動(dòng)能定理和探究加速度和力的關(guān)系兩個(gè)實(shí)驗(yàn) 其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量 m為沙和沙桶的質(zhì)量 滑輪質(zhì)量不計(jì) 1 對(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn) 下列說(shuō)法正確的是 A 都要用天平測(cè)出沙和沙桶的總質(zhì)量B 為了讓小車受到的合力等于繩的拉力的合力 都要將帶滑輪的長(zhǎng)木板右端墊高 以平衡摩擦力C 都要讓小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 先接通電源再釋放小車 打紙帶的同時(shí)記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)D 為減小誤差 實(shí)驗(yàn)中要保證沙和沙桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M 圖S5 18 2 改變沙和沙桶的總質(zhì)量 以彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F為橫坐標(biāo) 加速度a為縱坐標(biāo) 畫出的a F圖像是一條直線 求得圖線的斜率為k 則小車的質(zhì)量為 3 實(shí)驗(yàn)中正確操作打出的一條紙帶如圖S5 19所示 測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離x 計(jì)算出打各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v 若要便于驗(yàn)證動(dòng)能定理 應(yīng)作 選填 x v x v2 或 x v3 圖像 圖S5 19 7 某實(shí)驗(yàn)小組做 探究動(dòng)能定理 實(shí)驗(yàn) 裝置如圖S5 20甲所示 探究對(duì)象是鋁塊 質(zhì)量小于沙桶 保持其質(zhì)量m不變 通過(guò)在沙桶中加沙來(lái)改變對(duì)鋁塊的拉力 由力傳感器可測(cè)得拉力的大小F 已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間 電源頻率為f 圖S5 20 1 若把力傳感器裝在右側(cè)輕繩上 則實(shí)驗(yàn)的誤差會(huì)更 選填 大 或 小 2 實(shí)驗(yàn)時(shí) 讓沙桶從高處由靜止開(kāi)始下落 在紙帶上打出一系列的點(diǎn) 如圖乙所示 其中0是打下的第一個(gè)點(diǎn) 取紙帶上的點(diǎn)0 5過(guò)程進(jìn)行研究 鋁塊動(dòng)能的增加量 Ek 外力做的功W 3 為了更普遍地反映鋁塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中功與動(dòng)能增加量的關(guān)系 某同學(xué)選取0點(diǎn)到不同計(jì)數(shù)點(diǎn)過(guò)程 作出 Ek W圖像如圖丙所示 他根據(jù) 得到結(jié)論 外力做的功等于動(dòng)能的增加量 4 為了提高實(shí)驗(yàn)效果 請(qǐng)你提出一條合理的建議 2 實(shí)驗(yàn)中是否要測(cè)量桌面的高度 選填 是 或 否 3 改變彈簧的壓縮量x 并測(cè)出對(duì)應(yīng)的小球做平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移s 在坐標(biāo)紙中根據(jù)已描出的點(diǎn)作出合理的圖線 圖S5 22 9 為了探究做功與物體動(dòng)能之間的關(guān)系 在氣墊導(dǎo)軌上放置一帶有遮光片的滑塊 輕彈簧的一端與滑塊相接 另一端固定在氣墊導(dǎo)軌的一端 將一光電門P固定在氣墊導(dǎo)軌底座上適當(dāng)位置 如圖S5 23所示 彈簧處于自然狀態(tài)時(shí) 滑塊上的遮光片剛好位于光電門的擋光位置 與光電門相連的光電計(jì)時(shí)器可記錄遮光片通過(guò)光電門時(shí)的擋光時(shí)間 實(shí)驗(yàn)步驟如下 圖S5 23 用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度d 在氣墊導(dǎo)軌上適當(dāng)位置標(biāo)記一點(diǎn)A 圖中未標(biāo)出 A P間距離遠(yuǎn)大于d 將滑塊從A點(diǎn)由靜止釋放 由光電計(jì)時(shí)器讀出滑塊第一次通過(guò)光電門時(shí)遮光片的擋光時(shí)間t 利用所測(cè)數(shù)據(jù)求出滑塊第一次通過(guò)光電門時(shí)的速度v 更換勁度系數(shù)不同而自然長(zhǎng)度相同的彈簧重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟 記錄彈簧勁度系數(shù)及相應(yīng)的速度v 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示 1 測(cè)量遮光片的寬度時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖S5 24所示 讀得d m 2 遮光片通過(guò)光電門時(shí)滑塊速度的表達(dá)式為v 用測(cè)量的物理量表示 3 已知滑塊從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到光電門P處的過(guò)程中 彈簧對(duì)滑塊做的功與彈簧的勁度系數(shù)成正比 根據(jù)表中數(shù)據(jù)可得出彈簧對(duì)滑塊做的功W與滑塊通過(guò)光電門時(shí)的速度v的關(guān)系是 圖S5 24