高考物理总复习 实验5 探究外力做功与物体动能变化的关系课件.pptVIP

实验五探究外力做功与物体动能变化的关系 一 实验目的1 通过实验探究外力对物体做功与物体动能变化的关系 2 通过分析实验数据 总结出外力做功与物体速度平方的正比例关系 二 实验原理探究外力做功与物体动能变化的关系 可通过改变力对物体做的功 测出力对物体做不同的功时物体的速度 为简化实验可将物体初速度设置为零 可用图1所示的装置进行实验 通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加 再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度v 图1 三 实验器材小车 前面带小钩 100 200g砝码 长木板 两侧适当的对称位置钉两个铁钉 打点计时器及纸带 学生电源及导线 使用电火花计时器则不用学生电源 5 6条等长的橡皮筋 刻度尺 四 实验步骤1 按如图1所示将实验仪器安装好 同时平衡摩擦力 2 先用1条橡皮筋做实验 用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1 设此时橡皮筋对小车做的功为w1 将这一组数据记入表格 3 用2条橡皮筋做实验 实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同 这时橡皮筋对小车做的功为w2 测出小车获得的速度v2 将数据记入表格 4 用3条 4条 橡皮筋做实验 用同样的方法测出功和速度 记入表格 五 数据处理先对测量数据进行估计 或者作个w v草图 大致判断两个量可能是什么关系 如果认为可能是w v2 对于每一个速度值算出它的二次方 然后以w为纵坐标 v2为横坐标作图 如果这样作出来的图象是一条直线 说明两者关系真的就是w v2 六 误差分析1 误差的主要来源是橡皮筋的长度 粗细不一 使橡皮筋的拉力做功w与橡皮筋的条数不成正比 2 没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差 3 利用打点的纸带计算小车的速度时 测量不准会带来误差 七 注意事项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的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动 找到木板一个合适的倾角 2 测小车速度时 应选纸带上点距均匀的部分 也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点 3 橡皮筋应选规格一样的 力对小车做的功以一条橡条筋做的功为单位即可 不必计算出具体数值 这是本实验的技巧之一 这里通过转换单位的方法巧妙地解决了这一难题 这也是物理实验中常用的一种思想和手段 历史上卡文迪什扭秤实验和这里相似 例1关于 探究外力做功与物体动能变化的关系 的实验中 下列叙述正确的是 a 每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值b 每次实验中 橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致c 放小车的长木板应该尽量使其水平d 先接通电源 再让小车在橡皮筋的作用下弹出 解析实验中没有必要测出橡皮筋做功的具体数值 只要测出后来各次橡皮筋做的功是第一次的多少倍即可 a错误 为了使以后各次实验中橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍 必须使每次实验中橡皮筋拉伸的长度保持一致 b错误 为减小误差 实验中应使木板倾斜以平衡摩擦力 c错误 实验中应先接通电源 然后再放开小车 d正确 答案d 特别提醒1 不直接算w和v的数值 而只看第2次 第3次 实验中的w和v是第1次的多少倍 这样可简化数据的测量和处理 2 实验中要通过倾斜木板平衡摩擦力 这与探究加速度与力 质量关系中平衡摩擦力的方法是一样的 例2 2013 四川 如图2甲所示 某组同学借用 探究a与f m之间的定量关系 的相关实验思想 原理及操作 进行 研究合外力做功和动能变化的关系 的实验 1 为达到平衡阻力的目的 取下细绳及托盘 通过调整垫片的位置 改变长木板倾斜程度 根据打出的纸带判断小车是否做 运动 图2 3 实验前已测得托盘质量为7 7 10 3kg 实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为 kg g取9 8m s2 结果保留至小数点后第三位 解析本题考查 探究合外力做功与动能变化的关系 实验的要点及实验数据处理 考查学生实验设计能力及数据处理能力 难度中等 1 通过打出的纸带打点间隔是否均匀 判断小车是否做匀速直线运动 答案 1 匀速直线 或匀速 2 0 11150 1105 3 0 015 例3如图3所示 是某研究性学习小组做探究 橡皮筋做功和物体速度变化的关系 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 橡皮筋对小车做的功记为w 当我们把2条 3条 完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次 第3次 实验时 每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放 小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出 图3 1 除了图中的已给出的实验器材外 还需要的器材有 2 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 每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的 为了测量小车获得的速度 应选用纸带的 部分进行测量 4 下面是本实验的数据记录表 请将第2次 第3次 实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置 解析 1 计算小车速度需要测量纸带上的点的距离 要用刻度尺 2 要让小车在木板上匀速运动 因而木板要倾斜以平衡摩擦力 3 小车匀速运动时 纸带上的点的间隔均匀 4 橡皮筋每增加一条 对小车做的功就增加w 答案 1 刻度尺 2 把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力 3 点距均匀 4 2w 3w 4w 5w 5 v图象见解析图 6 分析误差来源 改进实验方案或测量手段 重新进行实验 16 创新探究性实验的解题方法 图5 解析采用表格方法记录数据 合理 绘制的l v图象是曲线 不能得出结论w v2 为了更直观地看出l和v的变化关系 应该绘制l v2图象 重力和摩擦力的总功w也与距离l成正比 因此不会影响探究的结果 答案不合适 应进一步绘制l v2图象不会 方法提炼纵观近几年各地高考试题 创新探究型实验试题正成为高考试题的主流题型 这也正是新课标精神在高考中的具体表现 创新探究型实验的特点是 利用课本实验的仪器 思想和方法来完成不同于课本的实验目的 如利用牛顿第二定律的装置来完成探究外力做功与物体动能变化关系的实验 有些试题中可能会出现新的实验器材 但这些器材也是在教材上出现的 例如光电门 气垫导轨 力传感器等 无论是应用什么样的实验器材 实验的思想和方法都来源于课本实验 是课本实验思想和方法的迁移应用 解决创新探究实验试题的基础是熟练掌握考试说明要求的物理实验 重点是基本实验器材的使用方法和实验中体现的物理思想 例如平衡摩擦力的方法 用重力代替拉力的方法 控制变量的方法 累积法测量微小量的方法 图象探究物理量关系的方法 微小量放大测量的方法 平均值减小误差的方法 等等 解决创新探究实验试题的关键是能将学过的实验知识和方法在不同的情境下迁移应用 这对同学的综合分析问题并能运用所学知识解决问题的能力提出了较高的要求 跟踪训练 2015 三门峡模拟 某学习小组在 探究功与速度变化关系 的实验中采用了如图6所示的实验装置 图6 1 将气垫导轨接通气泵 通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平 检查是否调平的方法是 2 如图7所示 游标卡尺测得遮光条的宽度 d cm