實(shí)驗(yàn)五探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系.ppt

1、實(shí)驗(yàn)五 探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系 要點(diǎn)歸納 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系.,【實(shí)驗(yàn)原理】 采用如圖1所示裝置,讓小車在橡皮筋作用下彈出,使小車獲得速度后沿木板勻速滑行.當(dāng)用一條橡皮筋彈出時(shí)對(duì)小車做的功記為W,則用兩條、三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),每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放時(shí),實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小車做的功就是第1次的2倍(2W)、3倍(3W) .橡皮筋每次,實(shí)驗(yàn)做的功使小車獲得的速度根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶得到.當(dāng)?shù)贸鋈舾山M功和速度的數(shù)據(jù)后,以橡皮筋對(duì)小車做的功為縱坐標(biāo),分別以小車獲得的速度v、v2、 為橫坐標(biāo),以第1次實(shí)驗(yàn)時(shí)的功W為單位,用描點(diǎn)法分別作

2、出Wv、Wv2、W曲線,分析曲線,得出橡皮筋對(duì)小車做的功與小車獲得速度的定量關(guān)系.,圖1,【實(shí)驗(yàn)步驟】 1.安裝實(shí)驗(yàn)裝置:如圖1所示. 2.平衡摩擦力:在長木板的有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端下 面墊一塊木板,反復(fù)移動(dòng)木板的位置,直至小車 上不掛橡皮筋時(shí),紙帶打出的點(diǎn)間距均勻,即小 車能勻速運(yùn)動(dòng)為止.,【實(shí)驗(yàn)器材】 木板、小車、橡皮筋、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及交流電源、 紙帶、刻度尺等.,3.把小車的另一端與一條橡皮筋的中點(diǎn)連接,向后 拖動(dòng)紙帶,并記下此時(shí)小車的位置.然后接通電 源,放開小車,將得到的紙帶標(biāo)號(hào)為1. 4.換上新紙帶,橡皮筋分別采用兩條、三條、四條 ,重復(fù)步驟3,將紙帶標(biāo)號(hào)2、3、4 【處理數(shù)據(jù)】 1.

3、以橡皮筋對(duì)小車做的功為縱坐標(biāo)(以第1次實(shí)驗(yàn) 時(shí)的功W為單位),小車獲得的速度為橫坐標(biāo),作 出Wv曲線.如果Wv曲線是一條直線,表明 Wv;如果不是直線,可考慮是否存在下列關(guān)系: Wv2、Wv3、W ,2.根據(jù)各種草圖,大致判斷兩個(gè)量可能是什么關(guān) 系.如果認(rèn)為很可能是Wv2,就作出Wv2曲線, 如果這條曲線是一條直線,就可以證明你的判斷 是正確的. 【誤差分析】 1.每個(gè)橡皮筋的勁度系數(shù)不同和每次拉伸的長度 不完全一致,造成橡皮筋對(duì)小車做的功不是整數(shù) 倍關(guān)系引起誤差. 2.不完全平衡摩擦力或平衡摩擦力過大,造成實(shí)驗(yàn) 中除橡皮筋的拉力做功外,還有其他力做功,并 由此造成最末階段紙帶上點(diǎn)的間隔不均勻

4、而引 起測(cè)量速度的誤差.,【注意事項(xiàng)】 1.每次實(shí)驗(yàn)中小車要拖動(dòng)到同一位置. 2.長木板要傾斜,使小車能在長木板上勻速運(yùn)動(dòng). 3.實(shí)驗(yàn)中不用測(cè)小車的質(zhì)量. 4.實(shí)驗(yàn)中測(cè)定的速度應(yīng)是橡皮筋恢復(fù)形變以后小 車的速度,所以應(yīng)選用那些間距較大,且相對(duì)均 勻的點(diǎn)來測(cè)量和計(jì)算.,典例剖析 某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗(yàn)證“動(dòng)能定理”, 他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖2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,當(dāng)滑塊連接上紙帶,用 細(xì)線通過滑輪掛上空的小沙桶時(shí),釋放小桶,滑塊 由靜止開始運(yùn)動(dòng).若你是小組中的一位成員,要完 成該項(xiàng)實(shí)驗(yàn),則:,圖2,(1)你認(rèn)為還需要的實(shí)

5、驗(yàn)器材有 . (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)為了保證滑塊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以及這兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的滑 塊速度的大小v1與v2(v1v2).則本實(shí)驗(yàn)最終要驗(yàn)證的 數(shù)學(xué)表達(dá)式為 .(用題中的字母表示實(shí)驗(yàn)中測(cè)量得到的物理量),思路點(diǎn)撥 本實(shí)驗(yàn)利用小沙桶(及沙)的重力表示 滑塊受到的合外力,要注意小沙桶(及沙)的重

6、力等 于滑塊受到的合外力的條件是小沙桶(及沙)的質(zhì) 量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量,且不計(jì)摩擦阻力(利用平衡 摩擦力的方法).滑塊的速度可以利用由打點(diǎn)計(jì)時(shí) 器打出的紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到. 解析 (1)為了測(cè)出滑塊的質(zhì)量和沙桶(及沙)的總 質(zhì)量需要選用天平測(cè)量.為了對(duì)紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 需要選用刻度尺. (2)由于小沙桶(及沙)的重力等于滑塊受到的合外 力的條件是小沙桶(及沙)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì) 量,且不計(jì)摩擦阻力(利用平衡摩擦力的方法).所 以要保證沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量.實(shí) 驗(yàn)時(shí)首先要做的步驟是平衡摩擦力.,(3)由動(dòng)能定理可得 答案 (1)天平、刻度尺 (2)沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量

7、 平衡摩擦 力(將木板左端適當(dāng)墊高) (3) 探究動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)方法較多,在解決此類 問題之前,首先要弄清本實(shí)驗(yàn)所涉及的實(shí)驗(yàn)原理和 方法,然后再依據(jù)相應(yīng)規(guī)律求解.,點(diǎn)評(píng),變式練習(xí) 某同學(xué)做探究動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn),如圖3所 示,圖中小車在一條橡皮筋的作用下彈出,沿木板滑 行,這時(shí),橡皮筋對(duì)小車做的功為W.當(dāng)用2條,3條實(shí) 驗(yàn)時(shí),使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長的長度都保持一致. 每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度都由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的 紙帶測(cè)出.,圖3,(1)除了圖中已有的器材外,還需要導(dǎo)線、開關(guān)、 (填測(cè)量工具)和 電源(填 “交流”或“直流”). (2)實(shí)驗(yàn)中小車會(huì)受到阻力,可以使木板適當(dāng)傾斜 來平衡摩擦力,需要在

8、(填“左”或“右”) 側(cè)墊高木板. (3)若粗糙的木板水平,小車在橡皮筋的作用下,當(dāng) 小車速度最大時(shí),關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所 在的位置可能是( ) A.橡皮筋處于原長狀態(tài) B.橡皮筋仍處于伸長狀態(tài) C.小車在兩個(gè)鐵釘連線處 D.小車已過兩個(gè)鐵釘連線處,(4)某次所打紙帶如圖4所示,在正確操作的情況下, 打在紙帶上的點(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(根據(jù)下面 所示的紙帶回答) 答案 (1)刻度尺 交流 (2)左 (3)B (4)GHIJ,圖4,某同學(xué)用如圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝 置探究小車動(dòng)能變化與合外力對(duì)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

9、過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B的 限位孔,它們均置于水平放置的一端帶有定滑輪 的足夠長的木板上,C為彈簧測(cè)力計(jì),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,從點(diǎn)跡清楚 的某點(diǎn)開始記為O點(diǎn),順次選取5個(gè)點(diǎn),分別測(cè)量這 5個(gè)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離.并計(jì)算出它們與O點(diǎn)之間的速 度平方差v2(v2=v2-v02),填入下表:,圖5,請(qǐng)以v2為縱坐標(biāo),以s為橫坐標(biāo)在圖6中作出v2-s 圖象.若測(cè)出小車質(zhì)量為0.2 kg,結(jié)合圖象可求得小 車所受合外力的大小為 N.,圖6,(2)若該同學(xué)通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)小車所受合外力小于測(cè) 力計(jì)讀數(shù),明顯超出實(shí)驗(yàn)誤差的正

10、常范圍.你認(rèn)為 主要原因是 ,實(shí)驗(yàn)操作中改進(jìn)的措施 是 . (1)如何減小誤差? (2)由動(dòng)能定理可知,v2s圖象為直線,應(yīng)使盡可 能多的點(diǎn)分布在直線上,或?qū)ΨQ分布在直線兩側(cè). 在實(shí)驗(yàn)中提煉物理模型,把握好實(shí)驗(yàn)原理,是處理 問題的關(guān)鍵.,思路點(diǎn)撥,解析 (1)將表中的數(shù)據(jù)分別描在坐標(biāo)系中,然后 在圖中用平滑曲線連接,并且使盡可能多的點(diǎn)分布 在曲線上,或?qū)ΨQ分布在直線兩側(cè),如下圖所示.,由圖中直線的斜率為 由以上 兩式解得F=0.25 N. (2)主要原因是長木板對(duì)小車存在摩擦力;應(yīng)將木 板左端墊高,以平衡摩擦力,減小誤差. 答案 (1)0.25 見解析圖 (2)長木板對(duì)小車存在摩擦力 將木板左

11、端墊高,以 平衡摩擦力,減小誤差,1.關(guān)于“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)中,下列敘述正確 的是( ) A.每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車做功的 具體數(shù)值 B.每次實(shí)驗(yàn)中,橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持 一致 C.放小車的長木板應(yīng)該盡量使其水平 D.先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,再讓小車在橡皮筋的 作用下彈出,素能提升,解析 本實(shí)驗(yàn)沒有必要測(cè)出橡皮筋做的功到底是 多少焦耳,只要測(cè)出以后各次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋做的功 是第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的多少倍就已經(jīng)足夠了,A錯(cuò);每次 實(shí)驗(yàn)橡皮筋伸長的長度必須保持一致,只有這樣才 能保證以后各次實(shí)驗(yàn)時(shí),橡皮筋做的功是第一次實(shí) 驗(yàn)時(shí)的整數(shù)倍,B錯(cuò);小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力,只有 使木板傾斜到一定程

12、度,才能減小誤差,C錯(cuò);實(shí)驗(yàn) 時(shí),應(yīng)該先接通電源,讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開始工作,然后 再讓小車在橡皮筋的作用下彈出,D正確. 答案 D,2.在用圖7所示裝置做“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn) 時(shí),下列說法正確的是( ) A.通過改變橡皮筋的粗細(xì)改變拉力做功的數(shù)值 B.通過改變橡皮筋的長度改變拉力做功的數(shù)值 C.通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來測(cè)定小車加速 過程中獲得的最大速度 D.通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來測(cè)定小車加速 過程中獲得的平均速度,圖7,解析 本題主要考查本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理,考查學(xué)生 的理解能力.實(shí)驗(yàn)通過增加橡皮筋的條數(shù),使橡皮 筋對(duì)小車做的功成倍增加,故A、B錯(cuò)誤;小車的 速度對(duì)應(yīng)的是橡皮筋對(duì)小車做功完畢的

13、情形,故C 正確,D錯(cuò)誤. 答案 C,3.在“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,某同 學(xué)是用下面的方法和器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的:放在長木 板上的小車由靜止開始在幾條完全相同的橡皮 筋的作用下沿木板運(yùn)動(dòng),小車?yán)瓌?dòng)固定在它上面 的紙帶,紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.關(guān)于這一實(shí)驗(yàn),下 列說法中不正確的是 ( ) A.長木板要適當(dāng)傾斜,以平衡小車運(yùn)動(dòng)中受到的 阻力 B.重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí),雖然用到橡皮筋的條數(shù)不同,但 每次應(yīng)使橡皮筋拉伸的長度相同 C.利用紙帶上的點(diǎn)計(jì)算小車的速度時(shí),應(yīng)選用紙 帶上打點(diǎn)最密集的部分進(jìn)行計(jì)算 D.利用紙帶上的點(diǎn)計(jì)算小車的速度時(shí),應(yīng)選用紙 帶上打點(diǎn)最稀疏的部分進(jìn)行計(jì)算,解析 在本題的實(shí)驗(yàn)中,由于小車

14、在運(yùn)動(dòng)中受到阻 力(摩擦力和紙帶的阻力),所以要使長木板適當(dāng)傾 斜,以平衡小車運(yùn)動(dòng)過程中受到的阻力,重復(fù)實(shí)驗(yàn) 時(shí),為了使橡皮筋對(duì)小車所做的功與它的條數(shù)成正 比,所以用到橡皮筋的條數(shù)雖然不同,但每次應(yīng)使 橡皮筋拉伸的長度相同,利用紙帶上的點(diǎn)計(jì)算小車 的速度時(shí),由于要計(jì)算的是小車脫離橡皮筋后勻速 運(yùn)動(dòng)的速度,所以應(yīng)選用紙帶上打點(diǎn)最稀疏的部分 進(jìn)行計(jì)算,故A、B、D選項(xiàng)是正確的. 答案 C,4.為了探究恒力作用時(shí)的動(dòng)能定理,某同學(xué)做了如 下實(shí)驗(yàn),他讓滑塊在某一水平面上滑行,利用速 度采集器獲取其初速度v,并測(cè)量出不同初速度 的最大滑行距離s,得到下表所示幾組數(shù)據(jù):,(1)一同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù),作出sv

15、圖象如圖8甲所 示.觀察該圖象,該同學(xué)作出如下推理:根據(jù)sv圖 象大致是一條拋物線,可以猜想,s可能與v2成正比. 請(qǐng)?jiān)趫D乙所示坐標(biāo)紙上選擇適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸作出圖 線驗(yàn)證該同學(xué)的猜想.,圖8,(2)根據(jù)你所作的圖象,你認(rèn)為滑塊滑行的最大距離 s與滑塊初速度平方v2的關(guān)系是 . 解析 (1)做出sv2圖線如下圖所示. (2)由圖可以看出,滑塊滑行的最大距離s與滑塊初 速度平方v2成正方.即:sv2. 答案 (1)見解析圖 (2)s=1.84v2,5.某同學(xué)為探究“恒力做功與物體動(dòng)能改變的關(guān) 系”,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn),他的操作步驟是: 擺好實(shí)驗(yàn)裝置如圖9所示. 將質(zhì)量為200 g的小車?yán)酱螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近,

16、并 按住小車.,圖9,在質(zhì)量為10 g、30 g、50 g的三種鉤碼中,他挑 選了一個(gè)質(zhì)量為50 g的鉤碼掛在拉線的掛鉤P上. 釋放小車,打開電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,打出一 條紙帶. (1)在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意 的一條.經(jīng)測(cè)量、計(jì)算,得到如下數(shù)據(jù): 第一個(gè)點(diǎn)到第N個(gè)點(diǎn)的距離為40.0 cm. 打下第N點(diǎn)時(shí)小車的速度大小為1.00 m/s.該同 學(xué)將鉤碼的重力當(dāng)作小車所受的拉力,算出:拉力 對(duì)小車做的功為 J,小車動(dòng)能的增量為 J.,(2)此次實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果,他沒能得到“恒力對(duì)物體 做的功,等于物體動(dòng)能的增量”,且誤差很大.顯 然,在實(shí)驗(yàn)探究過程中忽視了各種產(chǎn)生誤差的因 素.請(qǐng)你

17、根據(jù)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置和操作過程幫助分 析一下,造成較大誤差的主要原因是: . 解析 (1)拉力F=mg=0.0509.8 N=0.49 N 拉力對(duì)小車做的功W=Fs=0.490.400 J=0.196 J 小車動(dòng)能的增量 =0.100 J,(2)誤差很大的可能原因:a.小車質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)大 于鉤碼質(zhì)量,使鉤碼的重力與小車受到的繩的拉力 差別較大;b.沒有平衡摩擦力;c.先放小車后開電 源,使打第一個(gè)點(diǎn)時(shí),小車已有一定的初速度. 答案 (1)0.196 0.100 (2)a.小車質(zhì)量沒有遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量;b.沒有平衡 摩擦力;c.操作錯(cuò)誤:先放小車后開電源,6.在“探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中, 某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖10所示的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn) 器材. (1)為了用細(xì)線的拉力表示小車受到的合外力,可 以改變木板的傾角,使重力的一個(gè)分力平衡小車及 紙帶受到的摩擦力.簡要說明你平衡摩擦力的實(shí)驗(yàn) 判斷方法 .,圖10,(2)用沙和沙桶的重力大小來表示小車受到的合外 力,必須滿足的條件是 . (3)除實(shí)驗(yàn)裝置中的儀器外,還需要的測(cè)量儀器有 . (4)如圖11所示為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶,現(xiàn)選取 紙帶中的A、B兩點(diǎn)來探究恒力做功與動(dòng)能改變的 關(guān)系