高中物理實(shí)驗(yàn)五《探究動(dòng)能定理》課件（教科版）選修3-1

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歡迎進(jìn)入物理課堂 實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理 1 探究外力做功與物體速度的關(guān)系2 通過(guò)分析論證和實(shí)驗(yàn)探究 培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究能力和創(chuàng)新精神 1 采用如圖所示裝置 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2 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2W 3W 3 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 4 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W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)法分別作出W v W v2曲線 分析曲線 得出橡皮筋對(duì)小車做的功與小車速度的定量關(guān)系 小車 前面帶小鉤 長(zhǎng)木板 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)器則不用學(xué)生電源 5 6條等長(zhǎng)的橡皮筋 刻度尺 一 實(shí)驗(yàn)步驟1 按圖中所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好 2 平衡摩擦力 在長(zhǎng)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 3 先用1條橡皮筋做實(shí)驗(yàn) 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出小車獲得的速度v1 設(shè)此時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為W 將這一組數(shù)據(jù)記入表格 4 用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度與第一次相同 這時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為2W 測(cè)出小車獲得的速度v2 將數(shù)據(jù)記入表格 5 用3條 4條 橡皮筋做實(shí)驗(yàn) 用同樣的方法測(cè)出功和速度 記入表格 二 數(shù)據(jù)處理1 測(cè)量小車的速度實(shí)驗(yàn)獲得如圖所示的紙帶 為探究橡皮筋彈力做的功和小車速度的關(guān)系 需要測(cè)量彈力做功結(jié)束時(shí)小車的速度 即小車做勻速運(yùn)動(dòng)的速度 應(yīng)在紙帶上測(cè)量的物理量是 A1 A2間的距離x 小車速度的表達(dá)式是 T為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔 2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析 1 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(shí) 觀察小車的速度或速度的平方如何變化 有何變化規(guī)律 2 圖像法 在坐標(biāo)紙上畫(huà)出W v或W v2圖線 W 以一根橡皮筋做的功為單位 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論從圖像分析外力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系 1 誤差的主要來(lái)源是橡皮筋的長(zhǎng)度 粗細(xì)不一 使橡皮筋的拉力做的功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比 2 沒(méi)有完全平衡摩擦力 傾角小 或平衡摩擦力過(guò)度 傾角過(guò)大 也會(huì)造成誤差 3 利用紙帶計(jì)算小車的速度時(shí) 測(cè)量間距不準(zhǔn)確或所選階段不正確帶來(lái)誤差 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 1 本實(shí)驗(yàn)中物體運(yùn)動(dòng)速度可以使用速度傳感器直接采集 比用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器方便快捷且誤差較小 小車受到的外力也可以用拉力傳感器采集以便于直接計(jì)算出合外力做功的大小 2 可以把長(zhǎng)木板換成氣墊導(dǎo)軌 省略平衡摩擦力的操作步驟 達(dá)到簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程的目的 對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解 例證1 探究動(dòng)能定理 的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示 當(dāng)小車在兩條橡皮筋作用下彈出時(shí) 橡皮筋對(duì)小車做的功記為W0 當(dāng)用4條 6條 8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2W0 3W0 4W0 每次實(shí)驗(yàn)中由靜止彈出的小車獲得的最大速度可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出 1 關(guān)于該實(shí)驗(yàn) 下列說(shuō)法正確的是 A 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以用直流電源供電 電壓為4 6VB 實(shí)驗(yàn)中使用的若干根橡皮筋的原長(zhǎng)可以不相等C 每次實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使小車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 圖乙給出了某次在正確操作情況下打出的紙帶 從中截取了測(cè)量物體最大速度所用的一段紙帶 測(cè)得O點(diǎn)到A B C D E各點(diǎn)的距離分別為OA 5 65cm OB 7 12cm OC 8 78cm OD 10 40cm OE 11 91cm 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 規(guī)范解答 1 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一定用交流電源 A錯(cuò)誤 實(shí)驗(yàn)中一定要用相同的橡皮筋 B錯(cuò)誤 每次實(shí)驗(yàn)中 應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出 C正確 在探究小車最大速度和橡皮筋做功W的關(guān)系時(shí) 要作出各種不同的可能關(guān)系圖像 得出合力做功與物體速度變化的關(guān)系 D正確 2 小車獲得的最大速度應(yīng)該用紙帶上點(diǎn)間距相等段求解 在圖中紙帶上應(yīng)用B D段求小車的最大速度 答案 1 C D 2 0 82 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析 例證2 某興趣小組在做 探究做功和物體速度變化關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)前 提出以下幾種猜想 W v W v2 W 他們的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示 PQ為一塊傾斜放置的木板 在Q處固定一個(gè)速度傳感器 用來(lái)測(cè)量物體每次通過(guò)Q點(diǎn)的速度 在剛開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí) 有位同學(xué)提出 不需要測(cè)出物體質(zhì)量 只要測(cè)出物體從初始位置到速度傳感器的距離和讀出速度傳感器的示數(shù)就行了 大家經(jīng)過(guò)討論采納了該同學(xué)的建議 1 本實(shí)驗(yàn)中不需要測(cè)量物體質(zhì)量的理由是什么 2 讓物體分別從不同高度無(wú)初速度釋放 測(cè)出物體從初始位置到速度傳感器的距離L1 L2 L3 L4 讀出物體每次通過(guò)速度傳感器Q的速度v1 v2 v3 v4 并繪制了如圖乙所示的L v圖像 根據(jù)繪制出的L v圖像 若為了更直觀地看出L和v的變化關(guān)系 他們下一步應(yīng)該作出 A L v2圖像B L 圖像C L 圖像D L 圖像 3 本實(shí)驗(yàn)中 木板與物體間摩擦力的大小會(huì)不會(huì)影響探究出的結(jié)果 規(guī)范解答 1 因?yàn)閃 Ek 而W mg sin cos L Ek mv2 等式兩邊都有m 所以探究W與v的關(guān)系可以不用測(cè)量質(zhì)量m 2 由于題圖乙是關(guān)于 L v 的圖像 該圖像為曲線 不便于直觀地看出L和v的變化關(guān)系 所以 下一步應(yīng)作出L v2的圖像 應(yīng)選A 3 在實(shí)驗(yàn)中 由于物體在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí) 所受的合力是確定的 即F合 mg sin cos 所以摩擦力的大小不會(huì)影響L和v的關(guān)系 答案 1 見(jiàn)規(guī)范解答 2 A 3 不會(huì) 1 在 探究功與物體速度變化關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)中 每次選取紙帶后 我們應(yīng)選取紙帶上的哪些點(diǎn)來(lái)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(méi)有間距均勻的 也可用間距不均勻的 解析 選A 橡皮筋完全恢復(fù)后不再有力對(duì)小車做功 小車做勻速運(yùn)動(dòng) 紙帶上的點(diǎn)間距是均勻的 故A對(duì) B C錯(cuò) 若紙帶上沒(méi)有間距均勻的點(diǎn) 說(shuō)明紙帶太短 橡皮筋還沒(méi)完全恢復(fù)原狀紙帶已完全通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 在這種情況下應(yīng)選用更長(zhǎng)的紙帶 或者是因?yàn)闆](méi)有完全平衡摩擦力 需重新平衡摩擦力 故D錯(cuò) 2 用如圖所示的裝置做 探究動(dòng)能定理 的實(shí)驗(yàn)時(shí) 下列說(shuō)法正確的是 填字母代號(hào) A 為了平衡摩擦力 實(shí)驗(yàn)中可以將長(zhǎng)木板的左端適當(dāng)墊高 使小車?yán)┻^(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶自由下滑時(shí)能保持勻速運(yùn)動(dòng)B 每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的規(guī)格要相同 拉伸的長(zhǎng)度要一樣C 可以通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)來(lái)改變拉力做功的數(shù)值D 可以通過(guò)改變小車的質(zhì)量來(lái)改變拉力做功的數(shù)值E 實(shí)驗(yàn)中要先釋放小車再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源F 通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的最大速度G 通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的平均速度 解析 選A B C F 當(dāng)小車?yán)┻^(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí) 沿長(zhǎng)木板方向的重力的分力等于摩擦力 即在實(shí)驗(yàn)中可消除摩擦力的影響 A正確 由實(shí)驗(yàn)原理可知 B C正確 D錯(cuò)誤 使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)都必須先接通電源再釋放小車 E錯(cuò)誤 橡皮筋拉力做的總功等于小車動(dòng)能的增加 此動(dòng)能應(yīng)為小車獲得的最大動(dòng)能 所以用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶測(cè)定的是小車的最大速度 F正確 G錯(cuò)誤 3 2012 三門(mén)峽模擬 某學(xué)習(xí)小組在 探究功與速度變化關(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(guò)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 d 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(guò)光電門(mén)的時(shí)間為 t 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(guò)光電門(mén)的時(shí)間 并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的速度 則畫(huà)出的W v2圖像應(yīng)是 解析 1 檢查導(dǎo)軌是否水平的方法 將滑塊輕放在氣墊導(dǎo)軌上 看其是否滑動(dòng) 或?qū)⒒瑝K輕放在氣墊導(dǎo)軌上 輕推滑塊看是否勻速 2 d 5mm 0 05mm 10 5 50mm 0 550cm滑塊勻速運(yùn)動(dòng)的速度 3 由動(dòng)能定理可知 故畫(huà)出的W v2圖像應(yīng)是過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條傾斜直線 答案 1 將滑塊輕置于氣墊導(dǎo)軌之上 看其是否滑動(dòng)或?qū)⒒瑝K輕置于氣墊導(dǎo)軌之上 輕推滑塊看是否勻速 其他方法正確同樣得分 2 3 過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條傾斜直線 4 在 探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)中 某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的裝置 實(shí)驗(yàn)步驟如下 1 把紙帶的一端固定在小車的后面 另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 2 改變長(zhǎng)木板的傾角 以重力的一個(gè)分力平衡小車及紙帶受到的摩擦力 3 用細(xì)線將長(zhǎng)木板上的小車通過(guò)一個(gè)定滑輪與懸吊的砂桶相連 4 接通電源 放開(kāi)小車 讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn) 5 測(cè)出x x1 x2 如圖乙 已知電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T(mén) 則 判斷重力的一個(gè)分力是否已與小車及紙帶受到的摩擦力平衡的直接證據(jù)是 本實(shí)驗(yàn)還需直接測(cè)量的物理量是 用文字說(shuō)明并用相應(yīng)的符號(hào)表示 探究結(jié)果的表達(dá)式是 用相應(yīng)的符號(hào)表示 解析 根據(jù)紙帶上的點(diǎn)跡是否均勻來(lái)判斷是否平衡了摩擦力 確定運(yùn)動(dòng)小車的速度應(yīng)選用點(diǎn)跡清晰 均勻的部分來(lái)求解 確定小車動(dòng)能的變化必須知道小車的質(zhì)量M 細(xì)線對(duì)小車做功是通過(guò)砂桶拉細(xì)線實(shí)現(xiàn)的 還應(yīng)知道砂和砂桶的質(zhì)量m 答案 紙帶上點(diǎn)跡的間距相等小車的質(zhì)量M 砂和砂桶的質(zhì)量m 5 某同學(xué)用如圖所示的實(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過(guò)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(zhǎng)的木板上 C為彈簧測(cè)力計(jì) 不計(jì)繩與滑輪間的摩擦 實(shí)驗(yàn)時(shí) 先接通電源再松開(kāi)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 依次選取0 1 2 3 4 5共六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 分別測(cè)量后5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)數(shù)點(diǎn)0之間的距離 并計(jì)算出它們與0點(diǎn)之間的速度平方差 v2 v2 v2 v02 填入表中 請(qǐng)以 v2為縱坐標(biāo) 以x為橫坐標(biāo)在方格紙中作出 v2 x圖像 若測(cè)出小車質(zhì)量為0 2kg 結(jié)合圖像可求得小車所受合外力的大小為 N 2 該同學(xué)通過(guò)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 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分布在曲線兩側(cè) 如圖所示 由圖中直線的斜率為由以上兩式解得F 0 25N 2 主要原因是長(zhǎng)木板與小車之間存在摩擦力 應(yīng)將木板左端墊高 以平衡摩擦力 減小誤差 答案 1 圖像見(jiàn)解析0 25 2 長(zhǎng)木板與小車之間存在摩擦力將木板左端墊高 以平衡摩擦力 6 2012 鄭州模擬 某實(shí)驗(yàn)小組想測(cè)量木板對(duì)木塊的摩擦力所做的功 裝置如圖 一木塊放在粗糙的水平長(zhǎng)木板上 右側(cè)拴有一細(xì)線 跨過(guò)固定在木板邊緣的滑輪與重物連接 木塊左側(cè)與穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連 長(zhǎng)木板固定在水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)上 實(shí)驗(yàn)時(shí) 木塊在重物牽引下向右運(yùn)動(dòng) 重物落地后 木塊繼續(xù)向右做勻減速運(yùn)動(dòng) 如圖給出了重物落地后打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶 紙帶上的小黑點(diǎn)是計(jì)數(shù)點(diǎn) 每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn) 圖中未標(biāo)出 計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電頻率為50Hz 不計(jì)紙帶與木塊間的拉力 1 可以判斷紙帶的 填 左端 或 右端 與木塊連接 根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)計(jì)算打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打下A點(diǎn)和B點(diǎn)時(shí)木塊的速度vA m s vB m s 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 2 要測(cè)量在AB段木板對(duì)木塊的摩擦力所做的功WAB 還需要的實(shí)驗(yàn)器材是 還應(yīng)測(cè)量的物理量是 填入所選實(shí)驗(yàn)器材和物理量前的字母 A 木板的長(zhǎng)度lB 木塊的質(zhì)量m1C 木板的質(zhì)量m2D 重物的質(zhì)量m3E 木塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間tF AB段的距離lABG 天平H 秒表I 彈簧測(cè)力計(jì) 3 在AB段木板對(duì)木塊的摩擦力所做的功的關(guān)系式WAB 用vA vB和第 2 問(wèn)中測(cè)得的物理量的字母表示 解析 重物落地后 木塊做勻減速運(yùn)動(dòng) 故紙帶的右端與木塊相連 由得由動(dòng)能定理可知 要測(cè)在AB段木板對(duì)木塊的摩擦力做的功WAB 只要用天平測(cè)出木塊的質(zhì)量m1即可 答案 1 右端0 720 97 2 GB 3 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全