高考物理創(chuàng)新案例(人教)實驗六 探究動能定理

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歡迎進(jìn)入物理課堂 一 實驗?zāi)康? 探究外力對物體做功與物體速度的關(guān)系 2 通過實驗數(shù)據(jù)分析 總結(jié)出做功與物體速度平方的正比關(guān)系 二 實驗原理1 不是直接測量對小車做功 而是通過改變橡皮筋條數(shù)確定對小車做功W 2W 3W 2 由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點計時器測出 也可以用其他方法測出 這樣 進(jìn)行若干次測量 就得到若干組功和速度的數(shù)據(jù) 3 以橡皮筋對小車做的功為縱坐標(biāo) 小車獲得的速度為橫坐標(biāo) 作出W v曲線 分析這條曲線 可以得知橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系 三 實驗器材小車 前面帶小鉤 100g 200g砝碼 長木板 兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘 打點計時器及紙帶 學(xué)生電源及導(dǎo)線 使用電火花計時器不用學(xué)生電源 5 6條等長的橡皮筋 刻度尺 四 實驗操作1 實驗步驟 1 按如圖實 6 1所示將實驗儀器安裝好 同時平衡摩擦力 圖實 6 1 2 先用一條橡皮筋做實驗 用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1 設(shè)此時橡皮筋對小車做的功為W1 將這一組數(shù)據(jù)記入表格 3 用2條橡皮筋做實驗 實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同 這樣橡皮筋對小車做的功為W2 測出小車獲得的速度v2 將數(shù)據(jù)記入表格 4 用3條 4條 橡皮筋做實驗 用同樣的方法測出功和速度 記入表格 圖實 6 2 2 實驗數(shù)據(jù)記錄 3 實驗數(shù)據(jù)處理及分析 觀察法 當(dāng)橡皮筋的條數(shù)成倍增加 即合外力做的功成倍增加時 觀察小車的速度或速度的平方如何變化 有何變化規(guī)律 圖象法 在坐標(biāo)紙上 圖實 6 3 畫出W v或W v2圖線 W 以一根橡皮筋做的功為單位 4 實驗結(jié)論 從圖象可知做功與物體速度變化的關(guān)系為W v2 圖實 6 3 五 注意事項1 平衡摩擦力很關(guān)鍵 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 測小車速度時 紙帶上的點應(yīng)選均勻部分的 也就是選小車做勻速運動狀態(tài)的 3 橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的 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 4 小車質(zhì)量應(yīng)大一些 使紙帶上打的點多一些 六 誤差分析1 誤差的主要來源是橡皮筋的長度 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 沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大 3 利用打上點的紙帶計算小車的速度時 測量不準(zhǔn)帶來誤差 例1 探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系 實驗裝置如圖實 6 4所示 實驗主要過程如下 圖實 6 4 1 設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W 2W 3W 2 分析打點計時器打出的紙帶 求出小車的速度v1 v2 v3 3 作出W v草圖 4 分析W v圖象 如果W v圖象是一條直線 表明W v 如果不是直線 可考慮是否存在W v2 W v3 W 等關(guān)系 以下關(guān)于該實驗的說法中有一項不正確 它是 A 本實驗設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W 2W 3W 所采用的方法是選用同樣的橡皮筋 并在每次實驗中使橡皮筋拉伸的長度保持一致 當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行實驗時 橡皮筋對小車做的功為W 用2條 3條 橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次 第3次 實驗時 橡皮筋對小車做的功分別是2W 3W B 小車運動中會受到阻力 補(bǔ)償?shù)姆椒?可以使木板適當(dāng)傾斜 C 某同學(xué)在一次實驗中得到一條記錄紙帶 紙帶上打出的點 兩端密 中間疏 出現(xiàn)這種情況的原因可能是沒有使木板傾斜或傾角太小 D 根據(jù)記錄紙帶上打出的點 求小車獲得的速度的方法是以紙帶上第一點到最后一點的距離來進(jìn)行計算 解析 放開小車之后 小車在橡皮筋的作用下開始加速運動 等到橡皮筋與小車分離之后 小車做勻速直線運動 本實驗中測的速度是小車勻速運動的速度 而不是整個過程的平均速度 因此研究紙帶上打下的點一定是那些均勻分布的點 答案 D 例2 某同學(xué)用如圖實 6 5所示的實驗裝置探究小車動能變化與合外力對它所做功的關(guān)系 圖中A為小車 連接在小車后面的紙帶穿過打點計時器B的限位孔 它們均置于水平的一端帶有定滑輪的足夠長的木板上 C為彈簧測力計 不計繩與滑輪的摩擦 實驗時 先接通電源再松開小車 打點計時器在紙帶上打下一系列點 圖實 6 5 1 該同學(xué)在一條比較理想的紙帶上 從點跡清楚的某點開始記為O點 順次選取5個點 分別測量這5個點到O之間的距離 并計算出它們與O點之間的速度平方差 v2 v2 v2 v02 填入下表 請以 v2為縱坐標(biāo) 以x為橫坐標(biāo) 在方格紙中作出 v2 x圖象 若測出小車質(zhì)量為0 2kg 結(jié)合圖象可求得小車所受合外力的大小為 N 圖實 6 6 2 若該同學(xué)通過計算發(fā)現(xiàn)小車所受合外力小于測力計讀數(shù) 明顯超出實驗誤差的正常范圍 你認(rèn)為主要原因是 實驗操作中改進(jìn)的措施是 解析 1 根據(jù)表中數(shù)據(jù)在 v2 x坐標(biāo)系中描點 然后用直線連接各點 如圖實 6 7所示 圖實 6 7 2 當(dāng)小車受到向左的阻力Ff時 小車的合外力F合 FC Ff FC 如果使導(dǎo)軌傾斜一定角度平衡了小車的摩擦阻力 小車的合外力就等于測力計的讀數(shù)FC了 答案 1 圖象見解析0 25 2 小車滑行時所受摩擦阻力較大使木板傾斜一定的角度以平衡摩擦力 1 在 探究功與物體速度變化關(guān)系 的實驗中 每次選取紙帶后 我們應(yīng)選取紙帶上的哪些點來求小車的速度 A 間距均勻的B 間距不均勻的C 間距均勻的與不均勻的都可D 最好是間距均勻的 若紙帶上沒有間距均勻的 也可用間距不均勻的 解析 橡皮筋完全恢復(fù)后不再有力對小車做功 小車做勻速運動 紙帶上的點間距是均勻的 故A對 B C錯 若紙帶上沒有間距均勻的點 說明紙帶太短 橡皮筋還沒完全恢復(fù)原狀紙帶已完全通過打點計時器 在這種情況下應(yīng)選用更長的紙帶 或者是因為摩擦力沒被完全平衡 需重新平衡摩擦力 故D錯 答案 A 2 在 探究功與物體速度變化的關(guān)系 實驗中 下列敘述正確的是 圖實 6 8 A 實驗中所用的橡皮筋原長必須相同 粗細(xì)可以不同B 實驗時 不需要使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都要相同C 放小車的長木板應(yīng)該盡量使其水平D 在正確操作下 小車釋放后先做勻加速運動 再做勻速運動 解析 橡皮筋要求完全相同 A錯 長木板應(yīng)抬高后端 以平衡摩擦力 C錯 由實驗操作原理及步驟知D正確 B錯誤 答案 D 3 2011 蘇州模擬 在探究恒力做功與物體的動能改變量的關(guān)系的實驗中備有下列器材 A 打點計時器 B 天平 C 秒表 D 低壓交流電源 E 電池 F 紙帶 G 細(xì)線 砝碼 小車 砝碼盤 H 薄木板 1 其中多余的器材是 填對應(yīng)字母 缺少的器材是 2 測量時間的工具是 測量質(zhì)量的工具是 填對應(yīng)字母 3 如圖實 6 9是打點計時器打出的小車 質(zhì)量為m 在恒力F作用下做勻加速直線運動的紙帶 測量數(shù)據(jù)已用字母表示在圖中 打點計時器的打點周期為T 請分析 利用這些數(shù)據(jù)能否驗證動能定理 若不能 請說明理由 若能 請說明出做法 并對這種做法做出評價 圖實 6 9 答案 1 C E毫米刻度尺 2 AB 3 見解析 4 某同學(xué)為探究 恒力做功與物體動能改變的關(guān)系 設(shè)計了如下實驗 他的操作步驟是 連接好實驗裝置如圖實 6 10所示 將質(zhì)量為200g的小車?yán)酱螯c計時器附近 并按住小車 在質(zhì)量為10g 30g 50g的三種鉤碼中 他挑選了一個質(zhì)量為50g的鉤碼掛在拉線的掛鉤P上 釋放小車 打開打點計時器的電源 打出一條紙帶 圖實 6 10 1 在多次重復(fù)實驗得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條 經(jīng)測量 計算 得到如下數(shù)據(jù) 第一個點到第N個點的距離為40 0cm 打下第N點時小車的速度大小為1 00m s 該同學(xué)將鉤碼的重力當(dāng)作小車所受的拉力 拉力對小車做的功為 J 小車動能的增量為 J 2 此次實驗探究結(jié)果 他沒能得到 恒力對物體做的功等于物體動能的增量 且誤差很大 顯然 在實驗探究過程中忽視了各種產(chǎn)生誤差的因素 請你根據(jù)該同學(xué)的實驗裝置和操作過程幫助分析一下 造成較大誤差的主要原因有 答案 1 0 1960 100 2 小車質(zhì)量沒有遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量 沒有平衡摩擦力 操作錯誤 先放小車后開電源 5 某實驗小組采用如圖實 6 11所示的裝置來探究 功與速度變化的關(guān)系 實驗中 小車碰到制動裝置時 鉤碼尚未到達(dá)地面 實驗的部分步驟如下 圖實 5 11 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(xì)線跨過定滑輪連接小車和鉤碼 把小車?yán)娇拷螯c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 圖實 6 12是實驗中得到的一條紙帶 點O為紙帶上的起始點 A B C是紙帶上的三個計數(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 B C到O的距離如圖實 6 12所示 已知所用交變電源的頻率為50Hz 問 圖實 6 12 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 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W1 則當(dāng)鉤碼下落h2時 合外力對小車所做的功為 用h1 h2 W1表示 圖實 6 13 6 利用圖實 6 14 a 所示實驗裝置可粗略測量人吹氣產(chǎn)生的壓強(qiáng) 兩端開口的細(xì)玻璃管水平放置 管內(nèi)塞一潮濕小棉球 實驗者從玻璃管的一端A吹氣 棉球從另一端B飛出 測得玻璃管內(nèi)部截面積S 距地面高度h 棉球質(zhì)量m 開始時棉球的靜止位置與管口B的距離為x 落地點C與管口B的水平距離為l 然后多次改變x 測出對應(yīng)的l 畫出l2 x關(guān)系圖線如圖 b 所示 并由此得出相應(yīng)的斜率k 圖實 6 14 1 若不計棉球在空中運動時的空氣阻力 根據(jù)以上測得的物理量可得 棉球從B端飛出時速度v0 2 假設(shè)實驗者吹氣能保持玻璃管內(nèi)氣體壓強(qiáng)始終為恒定值 不計棉球與管壁的摩擦 重力加速度g 大氣壓強(qiáng)p0均為已知 利用圖 b 中擬合直線的斜率k可得 管內(nèi)氣體壓強(qiáng)p 3 考慮到實驗時棉球與管壁間有摩擦力 則 2 中得到的p與實際壓強(qiáng)相比 填 偏大 偏小 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全