(浙江选考)高考物理一轮复习第5章机械能实验5探究做功与物体速变化的关系学案

1、1实验 5 探究做功与物体速度变化的关系实验基砒棟理. .I I.：. 壞孤數材落實耀眦考纲解读(1)(1)通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系。(2)(2)体会探究的过程和所用的方法。实验原理为了探究功与速度变化的关系，需要测量功和初、末两个状态的速度。在方案一中，功的大小等于小车所受的合力与小车位移的乘积，当悬挂重物的质量远小于小车质量及小车所受的阻力已被平衡时，功的大小约等于重物重力与小车位移的乘积。在方案二中，不需要测量功的具体数值，分别用 1 1 根、2 2 根、3 3 根相同的橡皮筋时，橡皮筋对小车做功的大小分别是W2 2W3 3W-o这两种方案中，小车获得的速度都可利用

2、打点计时器测量，然后通过图象法找出功与速度变化的关系。实验器材 方案一：重物( (小盘中放砝码或砂桶中盛砂) )、打点计时器、小车、纸带、复写纸、电源、导 线、刻度尺、一端带有滑轮的长木板、带小钩的细线、坐标纸、薄木板等。方案二：橡皮筋若干根( (材质、长短、粗细均相同) )、打点计时器、小车、纸带、复写纸、电 源、导线、刻度尺、木板、铁钉、坐标纸等。实验步骤(1)(1) 用天平测出重物的质量 nmn?nmn?M车) )，将数据记录在表中。(2)(2) 将打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。将长木板安装有打点计时器的一端适当垫高，调整高度，直至

3、轻推小车后，恰能使小车拖着纸带在木板上做匀速运动为止。(3)(3) 在小车前系好细线并通过滑轮挂上重物。将小车置于靠近打点计时器处。接通打点计时 器电源，释放小车。(4)(4) 改变重物质量，重做上述实验。(5)(5)如图 1 1 所示，将纸带上的第一个点记为计数点实腔小忙池帝JT克计1冲31出厶方案一方竜二2Q再在纸带的后端选择连续的5 5 个打印点分别记为计数点 1 1、2 2、3 3、4 4、5 5。分别测出计数点 1 1、2 2、3 3、4 4、5 5 至计数点0的距离( (即 小车的位移1) )，并利用打上点的纸带，测出打各计数点时小车的速度V,将实验数据记录在表中。图 1 1(6)

4、(6) 将计算得到的功W记录在表格中。(7)(7) 根据记录的W v数据，在坐标纸上作出合适的图象。两次实验可以在同一坐标系中作出两条图线。(8)(8) 整理实验器材。(1)(1) 将打点计时器固定在长木板的一端， 纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。将长木板安装有打点计时器的一端适当垫高，调整高度，直至轻推小车后，恰能使小车拖着纸带在长木板上匀速运动为止。(2)(2) 将橡皮筋的一端固定在长木板前端的铁钉上，另一端固定在小车前端的钩子上。将小车 置于靠近打点计时器处，记下小车的位置。接通打点计时器的电源，释放小车。(3)(3) 用 2 2 根、3 3 根、4 4 根、5 5 根相同

5、的橡皮筋分别代替 1 1 根橡皮筋重做实验，保证每次释放小 车的位置相同，即橡皮筋被拉长的长度相同。(4)(4) 在上述实验中打出的 5 5 条纸带上分别找出小车近似做匀速运动的点，并分别求出匀速运 动时的速度v，将实验数据记录在表中。(5)(5) 根据记录的W v数据，在坐标纸上作出合适的图象。(6)(6) 整理实验器材。注意事项1.1. 平衡摩擦力很关键， 将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角。2.2. 测小车速度时，纸带上的点应选点迹均匀的部分，也就是选小车做匀速运动状态的

6、部分。3.3. 方案二中橡皮筋的功不需测量， 橡皮筋应选规格一样的， 力对小车做的功，以一条橡皮筋做的功为单位即可。方案一中需要利用绳拉力近似等于所挂钩码重力，然后乘以小车经过位移计算。4.4. 小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些。5.5. 方案一中要保证所挂钩码质量远远小于小车的质量。3.1：:.離赃零兀艇殛3肩二矗：辰爲实验烙点iKRit热点一教材原型实验【例 1 1】 某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕 过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量“探究绳拉力做功与小车动能变化的关系”。此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写

7、纸、纸带、小木 块等。组装的实验装置如图 2 2 所示。（1 1）若要完成该实验，必需的实验器材还有 _（2 2）实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。他这样做的目的是下列的哪个 _（填字母代号）。A.A. 避免小车在运动过程中发生抖动B.B. 可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C.C. 可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D.D. 可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力（3 3）平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决方

8、法： _（4 4）他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一情况可能是下列哪些原因造成的 _ （填字母代号）。A.A. 在接通电源的同时释放了小车B.B. 小车释放时离打点计时器太近C.C. 阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D.D. 钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力1 12解析（1 1）根据实验原理可知，需要验证mgx=2 2MV,同时根据运动学规律可知，此实验中需要测量钩码质量、小车质量和位移，故还需要的器材有：刻度尺和天平；（2 2）分析小车受力可知，在平衡摩擦力的基础上，使细绳与木板平行是为了让细绳的拉力充当小车所受合外力

9、， 故选项4D D 正确；（3 3）纸带上打出的点较少，说明小车的加速度过大（即小车过快），故可知减小钩码质量或增加小车质量 （在小车上加上适量的砝码）；（4 4）在此实验中，根据牛顿第二定 律可知，钩码的重力大于细绳的拉力，而实验中用重力代替拉力会导致拉力做功大于小车动能增量；如果实验未平衡或未完全平衡摩擦力也会导致拉力做功大于动能增量，故选项C C、D D 正确。答案 （1 1）刻度尺、天平（包括砝码）D D （3 3）可在小车上加适量的砝码（或钩码）（4 4）CDCD 热点二实验拓展创新1.1.装置时代化纸帯打点汁时器52.2.求解智能化(1)(1)摩擦阻力问题：靠小车重力的下滑分力平衡

10、摩擦力T自由下落阻力减少T气垫导轨减少 摩擦力。(2)(2)速度的测量方法：匀速运动速度T测量纸带上各点速度T光电门V=吕T速度传感器直 接显示速度大小。【例 2 2】 某校物理兴趣小组利用如图3 3 所示装置“探究合力做功与动能变化的关系”。在 滑块上安装一遮光条，系轻细绳处安装一拉力传感器( (可显示出轻细绳的拉力) )，把滑块放在水平气垫导轨上A处，细绳通过定滑轮与钩码相连，光电门安装在B处。气垫导轨充气，将滑块从A位置由静止释放后，拉力传感器记录的读数为F,光电门记录的时间为(1)(1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度得到线性变化图象，若已知选定F作为纵坐标，则横坐标代表的物理量为2B.(

11、B.( t) )(3)(3)若正确选择横坐标所代表的物理量后，得出线性变化图象的斜率为1 12dMd1 12(2)(2)根据动能定理得Fs= - -M2,v=，联立解得F=) )，选定F作为纵坐标,t2 2st(2)(2)多次改变钩码的质量( (拉力传感器记录的读数F相应改变) )，测得多组F和t数据，要A.A. tk,且已经测出A B之间的距离为s,遮光条的宽度为d,则滑块质量( (含遮光条和拉力传感器) )的表达式为M=解析WA2.5882.588 mmmm。61 12则横坐标代表的物理量为 ( (頁) )2，选项 D D 正确。(3)(3)得出线性变化图象的斜率为k，由k=罂解得M=罟。

12、跟进题组_务魚练透务魚练透1.在用如图 4 4 所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时，下列说法正确的是A.A. 为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动B.B. 为简便起见，每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样C.C. 可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值D.D. 可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值E.E. 实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源F.F. 通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度G G 通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度解析左端垫高利用

13、小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡来满足橡皮筋做功是合力功。实验中要求橡皮筋规格相同，拉伸长度相同即每个橡皮筋做功相等，所以只要通过改变橡皮筋条数就可以改变做功的数值，利用打点计时器时应该先接通电源再释放纸带。当橡皮筋松弛时，即加速结束时，小车做匀速运动，此时速度即为小车获得的最大速度。答案 ABCFABCF2 2 “探究功与速度变化的关系”的实验装置如图5 5 所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W当用 2 2 条、3 3 条、4 4 条完全相同的橡皮筋并在一起进 行第 2 2 次、第 3 3 次、第 4 4 次实验时，橡皮筋对小车做的功记为2 2W3 3W4 4

14、W每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出。(1)(1)_关于该实验，下列说法正确的是答案(2)D(2)D晋打虫汁时艦锲度箭7A.A.打点计时器可以用干电池供电B.B. 实验仪器安装时，可以不平衡摩擦力C.C. 每次实验小车必须从同一位置由静止弹出D.D. 利用每次测出的小车最大速度Vm和橡皮筋做的功W，依次作出W VmW- V：、W vm,WVmW Vm-的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系。(2)(2)如图 6 6 所示，给出了某次实验打出的纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带，测得A、B C DE相邻两点间的距离分别为AB=1.481.48 cm,cm,B

15、C=1.601.60 cm,cm,CD=1.621.62 cm,cm,DE= 1.621.62 cmcm ;已知相邻两点打点时间间隔为0.020.02 s s ，则小车获得的最大速度Vm=_m/sm/s。( (结果保留两位有效数字) )单位；cm运动方向图 6 6解析(1)(1)打点计时器必须用交流电，A A 项错误；实验仪器安装时，必须平衡摩擦力，B B 项错误；每次实验小车必须从同一位置由静止弹出，C C 项正确；根据所得数据分别作出橡皮筋所做的功W与小车获得的最大速度或小车获得的最大速度的平方、立方等图象，找出合力做的功与物体速度变化的关系，D D 项正确。2x1.621.62X1010

16、(2)(2)小车获得的最大速度v= - =002002m/sm/s = 0.810.81 m/sm/s。答案(1)CD(1)CD(2)0.81(2)0.813.3.为了“探究动能改变与合外力做功的关系”，某同学设计了如下实验方案：第一步：把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为M的滑块通过细绳与质量为m的带夹子的重锤跨过定滑轮相连，重锤下连一穿过打点计时器的纸带，调整木板倾角，直到 轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动，如图 7 7 甲所示。第二步：保持长木板的倾角不变， 将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处， 取下细绳和重锤, 将滑块与纸带相连， 使纸带穿过打点计时器， 然后接通电源，释放滑

17、块，使之从静止开始向 下加速运动，打出纸带，如图乙所示。打出的纸带如图丙所示。8滑块1的1甲磐打点计时籍1乙 !114图 7 7请回答下列问题：(1)(1)已知O A B CD E、F相邻计数点间的时间间隔为t，根据纸带求滑块运动的速度，打点计时器打B点时滑块运动的速度VB=_ 。已知重锤质量为m当地的重力加速度为g,要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须 测出这一过程滑块 _ ( (写出物理量名称及符号，只写一个物理量) )，合外力对滑块做功的表达式W合 =_。算出滑块运动OA OB OC OD 0E段合外力对滑块所做的功W以及在A B、CD E各点的速度v,以v2为纵轴、W为横轴建立直角坐

18、标系，描点作出v2-W图象，可知该图象是一条_，根据图象还可求得 _。t、X3X1解析(1)(1)由打出的纸带可知B点的速度为VB=2t。由做功定义式可知还需要知道滑块下滑的位移x，由动能定理可知 血=4Ek,即mgx=Ek。1 1(3)(3)v2W图象应该为一条过原点的倾斜直线，根据Ek=?MV可求得M的值。X3X1答案 22厂(2)(2)下滑的位移X mgx(3)(3)过原点的倾斜直线滑块的质量M4.4.如图 8 8 所示是某研究性学习小组的同学做探究“橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的 实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出， 沿木板滑行的情形。 这时，橡皮筋对小车做功 记为 W W 当

19、用 2 2 条、3 3 条、n条完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2 2 次、第 3 3 次、 第n次实验时，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放。 小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出，图9 9 甲为某次实验中打出的纸带。1. .1 .-I：T严； 様戊齟9(1)(1)除了图中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材有 _。实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是(3)(3) 每次实验得到的纸带上的点分布并不都是均匀的，为了测量小车最终获得的末速度，应选用纸带的 _ 部分进行测量。(4)(4) 下面是本实验的数据记录及数据处理表。 ft做的功tv.(j)io牛间隔均勾的点的距离it m)10个何隔均匀的点的时间F3小车获得的t速度r nv卩)小举扶轉的 方f m-/i2)I眄一即0. 00A ?1. 00*002W叭-2W0. 2SZ亿2L 9$3W3=3WU. 3D0Q* 2L502