實驗五探究動能定理 誤差分析1 誤差的主要來源是橡皮筋的長度 粗細不一 使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比 2 沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大也會造成誤差 3 利用打上點的紙帶計算小車的速度時 測量不準帶來誤差 注意事項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 由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否勻速運動 找到木板一個合適的傾角 2 選點測速 測小車速度時 紙帶上的點應選均勻部分的 也就是選小車做勻速運動狀態(tài)的點 3 橡皮筋的選擇 橡皮筋規(guī)格相同時 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 熱點一教材原型實驗 例1 2017 溫州模擬 如圖1所示 某同學在做 探究功與速度變化的關(guān)系 的實驗 當小車在1條橡皮筋的作用下沿木板滑行時 橡皮筋對小車做的功記為W 當用2條 3條 橡皮筋重復實驗時 設法使每次實驗中橡皮筋所做的功分別為2W 3W 1 圖1中電火花計時器的工作電壓是 V的交流電 2 實驗室提供的器材如下 長木板 小車 橡皮筋 電火花計時器 紙帶 電源等 還缺少的測量工具是 3 圖1中小車上有一固定小立柱 如圖2中給出了4種橡皮筋與小立柱的套接方式 為減小實驗誤差 你認為最合理的套接方式是 4 在正確操作的情況下 某次實驗所打的紙帶如圖3所示 打在紙帶上的點并不都是均勻的 為了測量橡皮筋做功后小車獲得的速度 應選用紙帶的 部分進行測量 根據(jù)紙帶中字母回答 小車獲得的速度是 m s 結(jié)果保留2位有效數(shù)字 圖3 答案 1 220 2 刻度尺 3 A 4 GJ0 65 解析 1 電火花計時器的工作電壓是220V的交流電 2 處理實驗數(shù)據(jù)時需要測量兩計數(shù)點間的距離 因此還需要的器材是刻度尺 3 橡皮筋最合理的套接方式是A 以A的方式套接釋放小車后 橡皮筋不會影響小車的運動 變式訓練1 2017 廊坊模擬 某同學做探究合力做的功和物體速度變化的關(guān)系的實驗裝置如圖4甲所示 小車在橡皮筋的作用下彈出 沿木板滑行 用1條橡皮筋時對小車做的功記為W 當用2條 3條 完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次 第3次 實驗時 每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致 實驗中小車獲得的速度由打點計時器所打的紙帶求出 圖4 1 木板水平放置 小車在橡皮筋作用下運動 當小車速度最大時 關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置 下列說法正確的是 A 橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)B 橡皮筋恰好恢復原長C 小車緊靠著打點計時器D 小車已超過兩個鐵釘?shù)倪B線 2 如圖乙所示是某次操作正確的情況下 在頻率為50Hz的電源下打點計時器記錄的一條紙帶 為了測量小車獲得的速度 應選用紙帶的 選填 A F 或 F I 部分進行測量 速度大小為 m s 3 通過該實驗的正確操作和正確處理數(shù)據(jù) 應該得出合力做的功W和物體速度v變化的關(guān)系是 用本問中的字母表達 解析 1 平衡摩擦力后 橡皮筋的拉力等于小車受到的合力 橡皮筋做功完畢 小車的速度最大 若不進行平衡摩擦力操作 則當橡皮筋的拉力等于摩擦力時 速度最大 本題中木板水平放置 顯然沒有進行平衡摩擦力的操作 因此當小車的速度最大時 橡皮筋仍處于伸長狀態(tài) 故選項B C D錯誤 A正確 3 所以W與v2成正比 即W v2 答案 1 A 2 F I0 76 3 W v2 熱點二實驗拓展創(chuàng)新1 裝置時代化 例2 2017 北京理綜 21 如圖5所示 用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車 使它在長木板上運動 打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況 利用該裝置可以完成 探究動能定理 的實驗 圖5 1 打點計時器使用的電源是 選填選項前的字母 A 直流電源B 交流電源 2 實驗中 需要平衡摩擦力和其他阻力 正確操作方法是 選填選項前的字母 A 把長木板右端墊高B 改變小車的質(zhì)量在不掛重物且 選填選項前的字母 的情況下 輕推一下小車 若小車拖著紙帶做勻速運動 表明已經(jīng)消除了摩擦力和其它阻力的影響 A 計時器不打點B 計時器打點 實驗中 重物質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量 可認為小車所受的拉力大小為mg 從打O點到打B點的過程中 拉力對小車做的功W 打B點時小車的速度v 3 接通電源 釋放小車 打點計時器在紙帶上打下一系列點 將打下的第一個點標為O 在紙帶上依次取A B C 若干個計數(shù)點 已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T 測得A B C 各點到O點的距離為x1 x2 x3 如圖6所示 圖6 4 以v2為縱坐標 W為橫坐標 利用實驗數(shù)據(jù)做出如圖7所示的v2 W圖象 由此圖象可得v2隨W變化的表達式為 根據(jù)功與能的關(guān)系 動能的表達式中可能包含v2這個因子 分析實驗結(jié)果的單位關(guān)系 與圖線斜率有關(guān)的物理量應是 圖7 5 假設已經(jīng)完全消除了摩擦力和其它阻力的影響 若重物質(zhì)量不滿足遠小于小車質(zhì)量的條件 則從理論上分析 下圖中正確反映v2 W關(guān)系的是 解析 1 打點計時器使用交流電源 2 平衡摩擦力的方法為將木板一端墊高 使得重力沿木板方向的分力與所有阻力 包括打點過程中的阻力 平衡 使小車做勻速直線運動 判斷小車做勻速直線運動是根據(jù)紙帶上相鄰點間的距離相等判定 故需計時器打點 變式訓練2 某校物理興趣小組利用如圖8所示裝置探究合力做功與動能變化的關(guān)系 在滑塊上安裝一遮光條 系輕細繩處安裝一拉力傳感器 可顯示出輕細繩的拉力 把滑塊放在水平氣墊導軌上A處 細繩通過定滑輪與鉤碼相連 光電門安裝在B處 氣墊導軌充氣 將滑塊從A位置由靜止釋放后 拉力傳感器記錄的讀數(shù)為F 光電門記錄的時間為 t 圖8 1 用螺旋測微器測量遮光條的寬度 如圖9所示 則寬度為 mm 圖9 解析 1 根據(jù)螺旋測微器讀數(shù)規(guī)則 遮光條的寬度d 2 5mm 0 058mm 2 558mm 1 某學習小組在 探究功與速度變化的關(guān)系 的實驗中采用了如圖10所示的實驗裝置 圖10 1 將氣墊導軌接通氣泵 通過調(diào)平螺絲調(diào)整氣墊導軌使之水平 檢查是否調(diào)平的方法是 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圖象應是 2 如圖11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 圖11 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?qū)⒒瑝K輕放在氣墊導軌上 輕推滑塊看是否勻速運動 2 d 5mm 0 05mm 10 5 50mm 0 550cm 2 為了 探究動能改變與合外力做功的關(guān)系 某同學設計了如下實驗方案 第一步 把帶有定滑輪的木板有滑輪的一端墊起 把質(zhì)量為M的滑塊通過細繩與質(zhì)量為m的帶夾子的重錘跨過定滑輪相連 重錘下連一穿過打點計時器的紙帶 調(diào)整木板傾角 直到輕推滑塊后 滑塊沿木板向下勻速運動 如圖12甲所示 第二步 保持長木板的傾角不變 將打點計時器安裝在長木板靠近滑輪處 取下細繩和重錘 將滑塊與紙帶相連 使紙帶穿過打點計時器 然后接通電源 釋放滑塊 使之從靜止開始向下加速運動 打出紙帶 如圖乙所示 打出的紙帶如圖丙所示 圖12 請回答下列問題 1 已知O A B C D E F相鄰計數(shù)點間的時間間隔為 t 根據(jù)紙帶求滑塊運動的速度 打點計時器打B點時滑塊運動的速度vB 2 已知重錘質(zhì)量為m 當?shù)氐闹亓铀俣葹間 要測出某一過程合外力對滑塊做的功還必須測出這一過程滑塊 寫出物理量名稱及符號 只寫一個物理量 合外力對滑塊做功的表達式W合 3 算出滑塊運動OA OB OC OD OE段合外力對滑塊所做的功W以及在A B C D E各點的速度v 以v2為縱軸 W為橫軸建立直角坐標系 描點作出v2 W圖象 可知該圖象是一條 根據(jù)圖象還可求得 2 由做功定義式可知還需要知道滑塊下滑的位移x 由動能定理可知W合 Ek 即mgx Ek 3 2017 江蘇單科 10 利用如圖13所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系 小車的質(zhì)量為M 200 0g 鉤碼的質(zhì)量為m 10 0g 打點計時器的電源為50Hz的交流電 圖13 1 掛鉤碼前 為了消除摩擦力的影響 應調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度 直至向左輕推小車觀察到 2 掛上鉤碼 按實驗要求打出的一條紙帶如圖14所示 選擇某一點為O 依次每隔4個計時點取一個計數(shù)點 用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離 x 記錄在紙帶上 計算打出各計數(shù)點時小車的速度v 其中打出計數(shù)點 1 時小車的速度v1 m s 圖14 請根據(jù)表中的數(shù)據(jù) 在方格紙上作出 Ek W圖象 4 實驗結(jié)果表明 Ek總是略小于W 某同學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際拉力F N 解析 1 該實驗能平衡小車所受摩擦力的標志是在斜面上輕推小車 小車能做勻速直線運動 3 根據(jù)表中的數(shù)據(jù) 在方格紙上描點 連線如圖所示 答案 1 小車做勻速運動 2 0 228 3 見解析 4 0 093