實(shí)驗(yàn)04實(shí)驗(yàn)探究功與速度大小變化的關(guān)系-高一物理物理教材實(shí)驗(yàn)大盤點(diǎn)（原卷版）

實(shí)驗(yàn)04探究功與速度大小變化的關(guān)系探究功與速度大小變化的關(guān)系探究功與速度大小變化的關(guān)系1．【實(shí)驗(yàn)原理】（1）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。（3）為使橡皮筋的拉力所做的功為合外力對(duì)小車所做的功，必須平衡小車的摩擦力。（4）利用小車拖著紙帶，小車勻速運(yùn)動(dòng)則摩擦力才算被平衡，此操作一是可通過紙帶觀察小車是否勻速，二是可同時(shí)平衡紙帶運(yùn)動(dòng)所受的阻力。一根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離s——做功為W.兩根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離s——做功應(yīng)為2W.三根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離s——做功應(yīng)為3W.利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器求出小車離開橡皮筋的速度，列表、作圖，由圖象可以確定功與速度變化的關(guān)系．2．【實(shí)驗(yàn)器材】小車(前面帶小鉤)、100～200g砝碼、長(zhǎng)木板及兩側(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(若使用電火花計(jì)時(shí)器不用學(xué)生電源)、5～6條相同規(guī)格的橡皮筋、刻度尺。3．【實(shí)驗(yàn)步驟】(1)墊高木板的一端，平衡摩擦力．(2)拉伸的橡皮筋對(duì)小車做功：①用一條橡皮筋拉小車——做功W.②用兩條橡皮筋拉小車——做功2W.③用三條橡皮筋拉小車——做功3W.(3)測(cè)出每次做功后小車獲得的速度．(4)分別用各次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的v和W繪制W－v或W－v2、W－v3、……圖象，直到明確得出W和v的關(guān)系．4．【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】物體速度v與外力做功W間的關(guān)系W＝eq\f(1,2)mv2.5．【注意事項(xiàng)】(1)將木板一端墊高，使小車的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)，找到長(zhǎng)木板的一個(gè)合適的傾角．(2)測(cè)小車速度時(shí)，應(yīng)選紙帶上的點(diǎn)均勻的部分，也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)的部分．(3)橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的．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．(4)小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些．處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法1．利用紙帶確定小車的末速度1橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)小車已勻速，故應(yīng)利用紙帶上間距相等的部分計(jì)算小車速度。2利用v＝eq\f(x,t)計(jì)算小車的速度，為減小測(cè)量誤差，所選的范圍應(yīng)盡量長(zhǎng)些，如本題可選BE段。3注意刻度尺的精確度、估讀及單位，注意對(duì)結(jié)果有效數(shù)字的要求。2．實(shí)驗(yàn)探究的技巧與方法(1)不直接計(jì)算W和v的數(shù)值，而只是看第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)中的W和v是第1次的多少倍，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理．(2)做W－v圖象，或W－v2、W－v3圖象，直到作出的圖象是一條傾斜的直線.創(chuàng)新角度：實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)【典例1】某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)欲“探究小車動(dòng)能變化與合外力對(duì)它所做功的關(guān)系”，在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一套如圖甲所示的裝置，圖中A為小車，B為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，C為彈簧測(cè)力計(jì)，P為小桶(內(nèi)有砂子)，一端帶有定滑輪的足夠長(zhǎng)的木板水平放置，不計(jì)繩與滑輪的摩擦。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通電源再松開小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)。(1)該同學(xué)在一條比較理想的紙帶上，將點(diǎn)跡清楚的某點(diǎn)記為零點(diǎn)，順次選取一系列點(diǎn)，分別測(cè)量這些點(diǎn)到零點(diǎn)之間的距離s，計(jì)算出它們與零點(diǎn)的速度平方差Δv2＝v2－v02，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為F，小車的質(zhì)量為m，然后建立Δv2-x坐標(biāo)系，通過描點(diǎn)法得到的圖像是一條過原點(diǎn)的直線，如圖乙所示，則這條直線的斜率的意義為________________。(填寫表達(dá)式)(2)若測(cè)出小車質(zhì)量為0.4kg，結(jié)合圖像可求得小車所受合外力的大小為________N。創(chuàng)新點(diǎn)分析創(chuàng)新點(diǎn)分析(1)利用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)力。(2)利用Δv2-x圖像處理數(shù)據(jù)?！镜淅?】某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置探究動(dòng)能定理。固定并調(diào)整斜槽，使它的末端O點(diǎn)的切線水平，在水平地面上依次鋪放好木板、白紙、復(fù)寫紙。將小球從不同的標(biāo)記點(diǎn)由靜止釋放，記錄小球到達(dá)斜槽底端時(shí)下落的高度H，并根據(jù)落點(diǎn)位置測(cè)量出小球平拋的水平位移x。改變小球在斜槽上的釋放位置，進(jìn)行多次測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)如下：高度H(h為單位長(zhǎng)度)h2h3h4h5h6h7h8h9h水平位移x(cm)5.59.111.714.215.917.619.020.621.7(1)斜槽傾角為θ，小球與斜槽之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，斜槽底端離地的高度為y，不計(jì)小球與水平槽之間的摩擦，小球從斜槽上滑下的過程中，動(dòng)能定理若成立應(yīng)滿足的關(guān)系式是____________________。(2)以H為橫坐標(biāo)，以______為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)作圖，如圖乙所示。(3)由第(1)(2)問，可以得出結(jié)論________________________________________。創(chuàng)新點(diǎn)分析創(chuàng)新點(diǎn)分析(1)利用平拋測(cè)速度。(2)利用斜面獲得合力?！镜淅?】用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置完成“探究動(dòng)能定理”實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)補(bǔ)充完整下列實(shí)驗(yàn)步驟的相關(guān)內(nèi)容。(1)用天平測(cè)量小車和遮光片的總質(zhì)量M、砝碼盤的質(zhì)量m0；用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度d，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為________cm；按圖甲所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，用米尺測(cè)量?jī)晒怆婇T之間的距離s。(2)在砝碼盤中放入適量砝碼；適當(dāng)調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角，直到輕推小車，遮光片先后經(jīng)過光電門A和光電門B的時(shí)間相等。(3)取下細(xì)線和砝碼盤，記下________________________(填寫相應(yīng)物理量及其符號(hào))。(4)讓小車從靠近滑輪處由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計(jì)時(shí)器分別測(cè)出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時(shí)間ΔtA和ΔtB。(5)在步驟(4)中，小車從光電門A下滑至光電門B過程合外力做的總功W合＝__________________，小車動(dòng)能變化量ΔEk＝______________(用上述步驟中的物理量表示，重力加速度為g)，比較W合和ΔEk的值，找出兩者之間的關(guān)系。(6)重新掛上細(xì)線和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼質(zhì)量，重復(fù)(2)～(5)步驟。(7)本實(shí)驗(yàn)中，以下操作或要求是為了減小實(shí)驗(yàn)誤差的是________。A．盡量減小兩光電門間的距離sB．調(diào)整滑輪，使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行C．砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量創(chuàng)新點(diǎn)分析創(chuàng)新點(diǎn)分析(1)使取下細(xì)線和砝碼盤后小車運(yùn)動(dòng)所受合外力等于砝碼和砝碼盤的重力(m＋m0)g。(2)利用恒力?！镜淅?】為了“探究動(dòng)能改變與合外力做功的關(guān)系”，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)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(xì)繩與質(zhì)量為m的帶夾重錘跨過定滑輪相連，重錘后連一穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(yùn)動(dòng)，如圖甲所示．第二步：保持長(zhǎng)木板的傾角不變，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在長(zhǎng)木板靠近滑輪處，取下細(xì)繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，然后接通電源，釋放滑塊，使之從靜止開始向下加速運(yùn)動(dòng)，打出紙帶，如圖乙所示．打出的紙帶如圖丙所示．請(qǐng)回答下列問題：(1)已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為Δt，根據(jù)紙帶求滑塊運(yùn)動(dòng)的速度，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)滑塊運(yùn)動(dòng)的速度vB＝________.(2)已知重錘質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，要測(cè)出某一過程合外力對(duì)滑塊做的功還必須測(cè)出這一過程滑塊______(寫出物理量名稱及符號(hào)，只寫一個(gè)物理量)，合外力對(duì)滑塊做功的表達(dá)式W合＝________.(3)算出滑塊運(yùn)動(dòng)OA、OB、OC、OD、OE段合外力對(duì)滑塊所做的功W以及在A、B、C、D、E各點(diǎn)的速度v，以v2為縱軸、W為橫軸建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)作出v2－W圖象，可知該圖象是一條________，根據(jù)圖象還可求得________．創(chuàng)新點(diǎn)分析創(chuàng)新點(diǎn)分析讓mg成為合力。1．某實(shí)驗(yàn)小組用如“實(shí)驗(yàn)圖示記心中”所示裝置“探究功與物體速度變化的關(guān)系”。(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______(填入選項(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，讓其拖著紙帶勻速下滑D．逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，讓拖著紙帶的小車自由下滑(2)如圖所示是該實(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50Hz，則橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)小車的速度為________m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。2．“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，當(dāng)小車在一條橡皮筋作用下彈出時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W；當(dāng)用2條、3條、4條、…完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、第4次、…實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為2W、3W、4W、…，每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的最大速度可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打出的紙帶測(cè)出。(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是________。A．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以用干電池供電B．實(shí)驗(yàn)儀器安裝時(shí)，可以不平衡摩擦力C．每次實(shí)驗(yàn)小車必須從同一位置由靜止彈出D．利用每次測(cè)出的小車最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次作出W-vm、W-vm2、W-vm3、W2-vm、W3-vm、…的圖像，得出合力做功與物體速度變化的關(guān)系(2)如圖所示，給出了某次實(shí)驗(yàn)打出的紙帶，從中截取了測(cè)量小車最大速度所用的一段紙帶，測(cè)得A、B、C、D、E相鄰兩點(diǎn)間的距離分別為AB＝1.48cm，BC＝1.60cm，CD＝1.62cm，DE＝1.62cm；已知相鄰兩點(diǎn)打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s，則小車獲得的最大速度vm＝________m/s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)3．如圖所示裝置，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。橡皮筋對(duì)小車做的功記為W。當(dāng)把2條、3條、…、n條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、…、第n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)器所打出點(diǎn)的紙帶測(cè)出。(1)除了圖中已給出的實(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、…、第n次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做的功填寫在對(duì)應(yīng)的位置，并計(jì)算vn及vn2，填入下表。橡皮筋做的功10個(gè)間距的距離x(m)10個(gè)間距的時(shí)間T(s)小車獲得的速度vn(m/s)小車速度的平方vn2(m2/s2)第1次W0.2000.2第2次0.2800.2第3次0.3000.2第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)在如圖所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖像驗(yàn)證理論的正確性。4．某同學(xué)用如圖甲所示裝置來探究“動(dòng)能定理”，得到一條如圖乙所示的紙帶，O點(diǎn)為第一個(gè)點(diǎn)，并在紙帶清晰段依次標(biāo)記了A、B、C三個(gè)點(diǎn)，用毫米刻度尺測(cè)得各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離如圖，重物質(zhì)量m＝1.00kg。(1)電火花計(jì)時(shí)器應(yīng)選擇以下哪種電源______。A．4～6V、50Hz交流電源B．220V、50Hz交流電源(2)從O點(diǎn)到B點(diǎn)，重物的重力做功W重＝______J，動(dòng)能的增加量ΔEk＝______J。(g取10m/s2，以上計(jì)算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)5．某學(xué)習(xí)小組在“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中采用了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置．(1)將氣墊導(dǎo)軌接通氣泵，通過調(diào)平螺絲調(diào)整氣墊導(dǎo)軌使之水平，檢查是否調(diào)平的方法是________________________________________．(2)如圖所示，游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度Δd＝________cm.實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(biāo)記，以保證每次拉伸的距離恒定．現(xiàn)測(cè)得掛一根橡皮條時(shí)，滑塊彈離橡皮條后，經(jīng)過光電門的時(shí)間為Δt，則滑塊最后勻速運(yùn)動(dòng)的速度表達(dá)式為______(用字母表示)．(3)逐根增加橡皮條，記錄每次遮光條經(jīng)過光電門的時(shí)間，并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的速度．則畫出的W－v2圖象應(yīng)是______________．1.(2017·北京高考)如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，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)。(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是________(選填選項(xiàng)前的字母)。A．直流電源 B．交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是________(選填選項(xiàng)前的字母)。A．把長(zhǎng)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(xiàng)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(yùn)動(dòng)，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。A．計(jì)時(shí)器不打點(diǎn) B．計(jì)時(shí)器打點(diǎn)(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)的距離為x1、x2、x3、…，如圖2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)做出如圖3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