《物理第五章 機械能守恒定律 實驗7 探究做功與物體速度變化的關系》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《物理第五章 機械能守恒定律 實驗7 探究做功與物體速度變化的關系（32頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、實驗實驗7探究做功與物體速度變化的關系探究做功與物體速度變化的關系(必考必考)考綱解讀考綱解讀(1)通過實驗探究力對物體做的功與物體速度通過實驗探究力對物體做的功與物體速度變化的關系。變化的關系。(2)體會探究的過程和所用的方法。體會探究的過程和所用的方法。為了探究功與速度變化的關系，需要測量功和初、末兩個狀態(tài)的為了探究功與速度變化的關系，需要測量功和初、末兩個狀態(tài)的速度。在方案一中，功的大小等于小車所受的合力與小車位移的速度。在方案一中，功的大小等于小車所受的合力與小車位移的乘積，當懸掛重物的質量遠小于小車質量及小車所受的阻力已被乘積，當懸掛重物的質量遠小于小車質量及小車所受的阻力已被平衡時
2、，功的大小約等于重物重力與小車位移的乘積。在方案二平衡時，功的大小約等于重物重力與小車位移的乘積。在方案二中，不需要測量功的具體數值，分別用中，不需要測量功的具體數值，分別用1根、根、2根、根、3根根相同的相同的橡皮筋時，橡皮筋對小車做功的大小分別是橡皮筋時，橡皮筋對小車做功的大小分別是W、2W、3W。這。這兩種方案中，小車獲得的速度都可利用打點計時器測量，然后通兩種方案中，小車獲得的速度都可利用打點計時器測量，然后通過圖象法找出功與速度變化的關系。過圖象法找出功與速度變化的關系。實驗原理實驗原理方案一：重物方案一：重物(小盤中放砝碼或砂桶中盛砂小盤中放砝碼或砂桶中盛砂)、打點計時器、小、打點
3、計時器、小車、紙帶、復寫紙、電源、導線、刻度尺、一端帶有滑輪的車、紙帶、復寫紙、電源、導線、刻度尺、一端帶有滑輪的長木板、帶小鉤的細線等。長木板、帶小鉤的細線等。方案二方案二：橡皮筋若干根：橡皮筋若干根(材質、長短、粗細均相同材質、長短、粗細均相同)、打點計時、打點計時器、小車、紙帶、復寫紙、電源、導線、刻度尺、木板、鐵器、小車、紙帶、復寫紙、電源、導線、刻度尺、木板、鐵釘等。釘等。 實驗實驗器材器材方案一：方案一：(1)用天平測出重物的質量用天平測出重物的質量m(mM車車)，將數據記錄在表中。，將數據記錄在表中。(2)將打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，紙帶的一端夾將打點計時器固定在長
4、木板上沒有滑輪的一端，紙帶的一端夾在小車后端，另一端穿過打點計時器。將長木板在小車后端，另一端穿過打點計時器。將長木板安裝有打點計時器的一端適當墊高，調整高度，直至輕推小車后，安裝有打點計時器的一端適當墊高，調整高度，直至輕推小車后，恰能使小車在木板上做勻速運動為止。恰能使小車在木板上做勻速運動為止。(3)在小車前系好細線并通過滑輪掛上重物。將小車置于靠近打點在小車前系好細線并通過滑輪掛上重物。將小車置于靠近打點計時器處。接通打點計時器電源，釋放小車。計時器處。接通打點計時器電源，釋放小車。(4)改變重物質量，重做上述實驗。改變重物質量，重做上述實驗。實驗步驟實驗步驟(5)如圖所示，將紙帶上的
5、第一個點記為計數點如圖所示，將紙帶上的第一個點記為計數點O，再在紙帶的后，再在紙帶的后端選擇連續(xù)的端選擇連續(xù)的5個打印點分別記為計數點個打印點分別記為計數點1、2、3、4、5。分別測。分別測出計數點出計數點1、2、3、4、5至計數點至計數點O的距離的距離(即小車的位移即小車的位移l)，并利，并利用打上點的紙帶，測出打各計數點時小車的速度用打上點的紙帶，測出打各計數點時小車的速度v，將實驗數據，將實驗數據記錄在表中。記錄在表中。(6)將計算得到的功將計算得到的功W記錄在表格中。記錄在表格中。(7)根據記錄的根據記錄的W、v數據，在坐標紙上作出合適的圖象。兩次實數據，在坐標紙上作出合適的圖象。兩次
6、實驗可以在同一坐標系中作出兩條圖線。驗可以在同一坐標系中作出兩條圖線。(8)整理實驗器材。整理實驗器材。 方案二：方案二：(1)將打點計時器固定在長木板的一端，紙帶的一端夾在小車后端，將打點計時器固定在長木板的一端，紙帶的一端夾在小車后端，另一端穿過打點計時器。將長木板安裝有打點計時器的一端適當另一端穿過打點計時器。將長木板安裝有打點計時器的一端適當墊高，調整高度，直至輕推小車后，恰能使小車在長木板上勻速墊高，調整高度，直至輕推小車后，恰能使小車在長木板上勻速運動為止。運動為止。(2)將橡皮筋的一端固定在長木板前端的鐵釘上，另一端固定在小將橡皮筋的一端固定在長木板前端的鐵釘上，另一端固定在小車
7、前端的鉤子上。將小車置于靠近打點計時器處，記下小車的位車前端的鉤子上。將小車置于靠近打點計時器處，記下小車的位置。接通打點計時器的電源，釋放小車。置。接通打點計時器的電源，釋放小車。(3)用用2根、根、3根、根、4根、根、5根相同的橡皮筋分別代替根相同的橡皮筋分別代替1根橡皮筋重做根橡皮筋重做實驗，保證每次釋放小車的位置相同，即橡皮筋被拉長的長度相實驗，保證每次釋放小車的位置相同，即橡皮筋被拉長的長度相同。同。(4)在上述實驗中打出的在上述實驗中打出的5條紙帶上分別找出小車近似做勻速運動條紙帶上分別找出小車近似做勻速運動的點，并分別求出勻速運動時的速度的點，并分別求出勻速運動時的速度v，將實驗
8、數據記錄在表中。，將實驗數據記錄在表中。(5)根據記錄的根據記錄的W、v數據，在坐標紙上作出合適的圖象。數據，在坐標紙上作出合適的圖象。(6)整理實驗器材。整理實驗器材。1.平衡摩擦力：實驗中的小車不可避免地要受到摩擦力的作用平衡摩擦力：實驗中的小車不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力對小車做負功摩擦力對小車做負功，我們研究的是小車合外力的功與物體速我們研究的是小車合外力的功與物體速度的關系度的關系，應設法排除摩擦力的影響應設法排除摩擦力的影響，可采用將木板一端墊高可采用將木板一端墊高的方法來實現(xiàn)。將木板一端墊高的方法來實現(xiàn)。將木板一端墊高，使重力沿斜面方向的分力與使重力沿斜面方向的分力與摩擦
9、力平衡摩擦力平衡，就能消除摩擦力的影響。判斷已平衡掉摩擦力的就能消除摩擦力的影響。判斷已平衡掉摩擦力的方法是輕推一下小車方法是輕推一下小車，觀察到小車不受其他力時能在木板上勻觀察到小車不受其他力時能在木板上勻速運動速運動，即表明摩擦力已平衡。即表明摩擦力已平衡?？键c一實驗原理和操作考點一實驗原理和操作2.在方案二中在方案二中，我們用我們用2根、根、3根根相同的橡皮筋進行第相同的橡皮筋進行第2次、第次、第3次次實驗時實驗時，每次實驗時使小車從同一地點靜止釋放每次實驗時使小車從同一地點靜止釋放，使橡皮使橡皮筋伸長的長度都應保持一致。筋伸長的長度都應保持一致。3.在方案二中在方案二中，打點計時器打出
10、的紙帶上相鄰各點的間距并不均打點計時器打出的紙帶上相鄰各點的間距并不均勻勻，應選間距均勻的那一段紙帶來計算小車的速度應選間距均勻的那一段紙帶來計算小車的速度，因為這一因為這一段是橡皮筋對小車做功完畢時的情形。段是橡皮筋對小車做功完畢時的情形。1.在用如圖所示的裝置做在用如圖所示的裝置做“探究功與速度變化的關系探究功與速度變化的關系”的實驗時，的實驗時，下列說法正確的是下列說法正確的是_。A.為了平衡摩擦力，實驗中可以將長木板的左端適當墊高，使為了平衡摩擦力，實驗中可以將長木板的左端適當墊高，使小車拉著穿過打點計時器的紙帶自由下滑時能保持勻速運動小車拉著穿過打點計時器的紙帶自由下滑時能保持勻速運
11、動B.為簡便起見，每次實驗中橡皮筋的規(guī)格要相同，拉伸的長度為簡便起見，每次實驗中橡皮筋的規(guī)格要相同，拉伸的長度要一樣要一樣C.可以通過改變橡皮筋的條數來改變拉力做功的數值可以通過改變橡皮筋的條數來改變拉力做功的數值 D.可以通過改變小車的質量來改變拉力做功的數值可以通過改變小車的質量來改變拉力做功的數值E.實驗中要先釋放小車再接通打點計時器的電源實驗中要先釋放小車再接通打點計時器的電源F.通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度大速度G.通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速
12、過程中獲得的平均速度平均速度解析左端墊高利用小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡解析左端墊高利用小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡來滿足橡皮筋做功是合力功。實驗中要求橡皮筋規(guī)格相同來滿足橡皮筋做功是合力功。實驗中要求橡皮筋規(guī)格相同，拉伸拉伸長度相同即每個橡皮筋做功相等長度相同即每個橡皮筋做功相等，所以只要通過改變橡皮筋條數所以只要通過改變橡皮筋條數就可以改變做功的數值就可以改變做功的數值，利用打點計時器時應該先接通電源再釋利用打點計時器時應該先接通電源再釋放紙帶。當橡皮筋松弛時放紙帶。當橡皮筋松弛時，即加速結束時即加速結束時，小車做勻速運動小車做勻速運動，此此時速度即為小車獲得的最大速度
13、。時速度即為小車獲得的最大速度。答案答案ABCF 2.某同學把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，將細繩一端拴在某同學把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，將細繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當的鉤碼，使小車在鉤碼小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當的鉤碼，使小車在鉤碼的牽引下運動，以此定量探究繩拉力做功與小車動能變化的關的牽引下運動，以此定量探究繩拉力做功與小車動能變化的關系。此外還準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙、系。此外還準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊等。組裝的實驗裝置如圖所示。紙帶、小木塊等。組裝的實驗裝置如圖所示。(1)若要完成該實驗，必需的實驗器
14、材還有若要完成該實驗，必需的實驗器材還有_。(2)實驗開始時，他先調節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細實驗開始時，他先調節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行。他這樣做的目的是下列的哪個繩與木板平行。他這樣做的目的是下列的哪個_(填字母填字母代號代號)。A.避免小車在運動過程中發(fā)生抖動避免小車在運動過程中發(fā)生抖動B.可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰C.可以保證小車最終能夠實現(xiàn)勻速直線運動可以保證小車最終能夠實現(xiàn)勻速直線運動D.可在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力可在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力(3)平衡摩擦力后，當他用多個鉤碼
15、牽引小車時，發(fā)現(xiàn)小車運動過平衡摩擦力后，當他用多個鉤碼牽引小車時，發(fā)現(xiàn)小車運動過快，致使打出的紙帶上點數較少，難以選到合適的點計算小車速快，致使打出的紙帶上點數較少，難以選到合適的點計算小車速度。在保證所掛鉤碼數目不變的條件下，請你利用本實驗的器材度。在保證所掛鉤碼數目不變的條件下，請你利用本實驗的器材提出一個解決方法：提出一個解決方法：_。(4)他將鉤碼重力做的功當作細繩拉力做的功，經多次實驗發(fā)現(xiàn)拉他將鉤碼重力做的功當作細繩拉力做的功，經多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些。這一情況可能是下列哪些力做功總是要比小車動能增量大一些。這一情況可能是下列哪些原因造成的原因造成的_(填字母
16、代號填字母代號)。A.在接通電源的同時釋放了小車在接通電源的同時釋放了小車B.小車釋放時離打點計時器太近小車釋放時離打點計時器太近C.阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉D.鉤碼做勻加速運動，鉤碼重力大于細繩拉力鉤碼做勻加速運動，鉤碼重力大于細繩拉力解析解析(1)根據實驗原理可知根據實驗原理可知，需要驗證需要驗證mgxMv2，同時根據運同時根據運動學規(guī)律可知動學規(guī)律可知，此實驗中需要測量鉤碼質量、小車質量和位移此實驗中需要測量鉤碼質量、小車質量和位移，故還需要的器材有：刻度尺和天平；故還需要的器材有：刻度尺和天平；(2)分析小車受力可知分析小車受
17、力可知，在在平衡摩擦力的基礎上平衡摩擦力的基礎上，使細繩與木板平行是為了讓細繩的拉力使細繩與木板平行是為了讓細繩的拉力充當小車所受合外力充當小車所受合外力，故選項，故選項D正確；正確；(3)紙帶上打出的點較少紙帶上打出的點較少，說明小車的加速度過大說明小車的加速度過大(即小車過快即小車過快)，故可知減小鉤碼質量或增故可知減小鉤碼質量或增加小車質量加小車質量(在小車上加上適量的砝碼在小車上加上適量的砝碼)；(4)在此實驗中在此實驗中，根據牛根據牛頓第二定律可知頓第二定律可知，鉤碼的重力大于細繩的拉力鉤碼的重力大于細繩的拉力，而實驗中用重而實驗中用重力代替拉力會導致拉力做功大于小車動能增量；如果實
18、驗未平力代替拉力會導致拉力做功大于小車動能增量；如果實驗未平衡或未完全平衡摩擦力也會導致拉力做功大于動能增量衡或未完全平衡摩擦力也會導致拉力做功大于動能增量，故選故選項項C、D正確。正確。答案答案(1)刻度尺、天平刻度尺、天平(包括砝碼包括砝碼)(2)D(3)可在小車上加適量的砝碼可在小車上加適量的砝碼(或鉤碼或鉤碼)(4)CD 方案一：方案一：(1)如圖所示如圖所示，將紙帶上的第一個點記為計數點將紙帶上的第一個點記為計數點O，再在紙帶的后再在紙帶的后端選擇連續(xù)的端選擇連續(xù)的5個打印點分別記為計數點個打印點分別記為計數點1、2、3、4、5。分別測。分別測出計數點出計數點1、2、3、4、5至計數
19、點至計數點O的距離的距離(即小車的位移即小車的位移l)，并利并利用打上點的紙帶用打上點的紙帶，測出打各計數點時小車的速度測出打各計數點時小車的速度v?？键c二實驗數據處理考點二實驗數據處理(2)功功W的大小約等于重物重力與小車位移的乘積。的大小約等于重物重力與小車位移的乘積。(3)根據根據W、v數據數據，在坐標紙上作出合適的圖象。兩次實驗可以在坐標紙上作出合適的圖象。兩次實驗可以在同一坐標系中作出兩條圖線。在同一坐標系中作出兩條圖線。 方案二：方案二：(1)實驗數據處理時實驗數據處理時，不直接計算不直接計算W和和v的數值的數值，而只是看第而只是看第2次、次、第第3次次實驗中的實驗中的W和和v是第
20、是第1次的多少倍次的多少倍，簡化數據的測量和處簡化數據的測量和處理。理。(2)以橡皮筋對小車做的功以橡皮筋對小車做的功W為縱坐標為縱坐標，小車獲得的速度為橫坐標小車獲得的速度為橫坐標，以第一次實驗時做的功以第一次實驗時做的功W為單位為單位，作出圖象。用作出圖象。用Wv2圖象處理圖象處理實驗數據實驗數據，比比Wv圖象更加直觀、明了。圖象更加直觀、明了。(1)平衡摩擦力不徹底或平衡過度也會造成誤差。平衡摩擦力不徹底或平衡過度也會造成誤差。(2)橡皮筋的長度、粗細不一橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋的拉力做的功與橡皮使橡皮筋的拉力做的功與橡皮筋的條數不成正比。筋的條數不成正比。(3)利用打上點的紙帶
21、計算小車的速度時利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來誤差。測量不準帶來誤差。1.“探究功與速度變化的關系探究功與速度變化的關系”的實驗裝置如圖甲所示，當小車的實驗裝置如圖甲所示，當小車在一條橡皮筋作用下彈出時，橡皮筋對小車做的功記為在一條橡皮筋作用下彈出時，橡皮筋對小車做的功記為W；當；當用用2條、條、3條、條、4條條完全相同的橡皮筋并在一起進行第完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、次、第第3次、第次、第4次次實驗時，橡皮筋對小車做的功記為實驗時，橡皮筋對小車做的功記為2W、3W、4W每次實驗中小車獲得的最大速度可由打點計時器所打每次實驗中小車獲得的最大速度可由打點計時器所打出的紙帶
22、測出。出的紙帶測出。甲甲(2)如圖乙所示，給出了某次實驗打出的紙帶，從中截取了測量小如圖乙所示，給出了某次實驗打出的紙帶，從中截取了測量小車最大速度所用的一段紙帶，測得車最大速度所用的一段紙帶，測得A、B、C、D、E相鄰兩點間相鄰兩點間的距離分別為的距離分別為AB1.48 cm，BC1.60 cm，CD1.62 cm，DE1.62 cm；已知相鄰兩點打點時間間隔為；已知相鄰兩點打點時間間隔為0.02 s，則小車獲得的最，則小車獲得的最大速度大速度vm_m/s。(結果保留兩位有效數字結果保留兩位有效數字)乙乙答案答案(1)CD(2)0.812.如圖所示是某研究性學習小組的同學做探究如圖所示是某研
23、究性學習小組的同學做探究“橡皮筋做功和物橡皮筋做功和物體速度變化的關系體速度變化的關系”的實驗，圖中是小車在一條橡皮筋作用下的實驗，圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形。這時，橡皮筋對小車做功記為彈出，沿木板滑行的情形。這時，橡皮筋對小車做功記為W。當用當用2條、條、3條、條、n條完全相同的橡皮筋并在一起進行第條完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、次、第第3次、次、第、第n次實驗時，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置釋次實驗時，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置釋放。小車每次實驗中獲得的速度可以由打點計時器所打的紙帶放。小車每次實驗中獲得的速度可以由打點計時器所打的紙帶測出，圖甲為某次實驗中
24、打出的紙帶。測出，圖甲為某次實驗中打出的紙帶。(1)除了圖中已給出的實驗器材和電源外，還需要的器材有除了圖中已給出的實驗器材和電源外，還需要的器材有_。(2)實驗時為了使小車只在橡皮筋作用下運動，應采取的措施是實驗時為了使小車只在橡皮筋作用下運動，應采取的措施是_。(3)每次實驗得到的紙帶上的點分布并不都是均勻的，為了測量小每次實驗得到的紙帶上的點分布并不都是均勻的，為了測量小車最終獲得的末速度，應選用紙帶的車最終獲得的末速度，應選用紙帶的_部分進行部分進行測量。測量。(4)下面是本實驗的數據記錄及數據處理表。下面是本實驗的數據記錄及數據處理表。從理論上講，橡皮筋做的功從理論上講，橡皮筋做的功Wn與物體獲得的速度與物體獲得的速度vn之間的關系是之間的關系是Wn_，請你運用表中的數據在如圖乙所示的坐標系中作，請你運用表中的數據在如圖乙所示的坐標系中作出相應的圖象，以驗證理論的正確性。出相應的圖象，以驗證理論的正確性。答案答案(1)刻度尺刻度尺(2)把木板的左端墊起適當的高度以平衡摩擦把木板的左端墊起適當的高度以平衡摩擦力力(3)每相鄰兩點之間距離相等每相鄰兩點之間距離相等(或點分布均勻或點分布均勻)(4)v圖象如圖象如圖所示圖所示
物理第五章 機械能守恒定律 實驗7 探究做功與物體速度變化的關系
