高考物理总复习 55实验 探究功与速度变化的关系课件 新人教版.ppt

第5单元实验探究功与速度变化的关系 一 实验目的探究外力对物体做功与物体动能的变化 二 实验原理有不同的探究方法 一般有变力功和恒力功两种探究方法 1 变力功实验装置如图所示 2 恒力功做功的力相同 位移不同 引起的速度变化不同 用打点计时器计时 装置如图所示 小车中放砝码100 200g 长木板垫成微小的倾角 平衡摩擦力 小车能匀速下滑 小车无初速度开始释放 近似用砝码的重力做功代替细绳拉力做功 运用功的公式计算重力功w fl mgh h大小从纸带上打出的第一个点开始测量 利用纸带打出的计时点计算瞬时速度 描绘功与速度变化的图象 三 实验器材1 变力功小车 加100 200g砝码 打点计时器 纸带 橡皮筋组 长木板等 2 恒力功小车 打点计时器 纸带 橡皮筋组 一端带定滑轮的长木板 砝码等 四 实验步骤 一 变力功1 按实验原理图组装实验器材 穿好纸带 平衡摩擦力 将小车放在长木板上 平衡摩擦力 斜面有一个很小的倾角 使小车在斜面上匀速下滑 2 小车在长木板上的初始位置为b 此时橡皮筋处于自由长度 然后将小车拉至打点计时器的前端a 橡皮筋处于一定拉力之下 a b之间的距离约为15 18cm 即橡皮筋对小车做变力功的距离 小车初速度v0 0 先用一条橡皮筋做实验 把小车拉到固定的位置a 理好纸带 先接通电源 开始打点后 释放小车橡皮筋的拉力使小车加速运动 所做的功为变力功 3 更换纸带 改用2条 3条 同样的橡皮筋进行实验 保证小车每次都从同一位置由静止释放 4 由几条纸带分别计算出小车获得的速度v1 v2 填入表格 5 以w为纵轴 v或v2为横轴作图 分析图象得出结果 二 恒力功与变力功相似 例 某实验小组采用如图所示的装置探究 动能定理 图中小车中可放置砝码 实验中 小车碰到制动装置时 钩码尚未到达地面 打点针时器工作频率为50hz 1 实验的部分步骤如下 在小车中放入砝码 把纸带穿过打点计时器 连在小车后端 用细线连接小车和钩码 将小车停在打点计时器附近 小车拖动纸带 打点计时器在纸带上打下一列点 改变钩码或小车中砝码的数量 更换纸带 重复 的操作 2 下图是钩码质量为0 03kg 砝码质量为0 02kg时得到的一条纸带 在纸带上选择起始点o及a b c d和e五个计数点 可获得各计数点到o的距离s及对应时刻小车的瞬时速度v 请将c点的测量结果填在下表中的相应位置 3 在小车的运动过程中 对于钩码 砝码和小车组成的系统 做正功 做负功 要验证 动能定理 还需要测量的物理量是摩擦力和 答案 1 接通电源释放小车断开开关 2 5 05 5 100 48 0 50 答案在此范围都对 3 重力 钩码的重力 摩擦力 阻力 4 v2 s 初 末速度平方差与位移成正比 小车的质量 一 速度的确定及求解方法纸带数据的选取方法 打出的纸带如图所示 实验中要求测出最大速度 即匀速运动的速度 自打出的第一个点a开始 大约取小车后端到打点计时器的距离的0点 原理图中的ab长度 此后取最接近匀速运动的几个点 2 5个 如0 4 测出0 4之间的长度x 时间t 0 02s 4 求出平均速度v 例1 为了探究力对物体做功与物体速度变化的关系 现提供如图所示的器材 让小车在橡皮筋的作用下弹出后 沿木板滑行 请思考探究思路并回答下列问题 打点计时器所用交流电频率为50hz 1 为了消除摩擦力的影响应采取的措施是 2 当我们分别用同样的橡皮筋1条 2条 3条 并起来进行第1次 第2次 第3次 实验时 每次实验中橡皮筋拉伸的长度应都保持一致 我们把第1次实验时橡皮筋对小车做的功记为w 3 由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出 如图所示是其中四次实验打出的部分纸带 4 试根据第 2 3 中的信息 填写下表 从表中数据可得出的结论是 橡皮筋对小车做功与小车速度的平方成正比 答案 见解析 二 平衡摩擦力实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用 摩擦力对小车做负功 我们研究的是橡皮筋做的功与物体速度的关系 应设法排除摩擦力的影响 可采用将木板一端垫高的方法来实现 将木板一端垫高 使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡 就能消除摩擦力的影响 判断已平衡掉摩擦力的方法是 轻推一下小车 观察小车不受其他力时能在木板上做匀速运动 三 为什么用倍数功的方法记功我们用2条 3条 橡皮筋进行第2次 第3次 实验时 每次实验时橡皮筋伸长的长度都应保持一致 实验数据处理时 对小车做的功w为纵坐标 小车获得的速度v v2 为横坐标 以第一次实验时的功w为单位 作出w v v2 图象 分析这条图线 可以得知橡皮筋对小车做的功w与小车获得的速度v v2 的定量关系 例2 关于 探究动能定理 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 本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳 只要测出以后每次实验时橡皮筋做的功是第一次的多少倍就足够了 a项错 每次实验时橡皮筋拉伸的长度必须保持一致 只有这样才能保证以后每次实验时橡皮筋做的功是第一次的整数倍 否则 功的数值难以测定 b项错 小车运动过程中会受到阻力 只有使木板倾斜到一定程度 才能减小误差 c项错 实验时 应该先接通电源 让打点计时器开始工作 然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出 d项正确 答案 d 一 用橡皮筋做实验的意义这里不仅要求得出上述关系 更可以获得研究物理的思维方法 与库仑当年研究库仑定律时电量还没有测量方法和单位 库仑巧妙地等分电荷 从而得出库仑定律 从此规定了电量的单位 如果使用恒力做功 功的大小可以计算 速度大小也可计算 就难以得到这样的效果 例1 某同学在 探究动能定理 的实验中 设计了如图甲所示的实验 将纸带固定在重物上 让纸带穿过电火花计时器或打点计时器 先用手提着纸带 使重物静止在靠近计时器的地方 然后接通电源 松开纸带 让重物自由下落 计时器就在纸带上打下一系列小点 得到的纸带如图乙所示 o点为计时器打下的第1个点 该同学对数据进行了下列处理 取oa ab bc 并根据纸带算出了a b c三点的速度分别为va 0 12m s vb 0 17m s vc 0 21m s 根据以上数据你能否大致判断w v2 答案 能 二 新情境下的设计 例2 2013 全国 测量小物块q与平板p之间的动摩擦因数的实验装置如图所示 ab是半径足够大的 光滑的四分之一圆弧轨道 与水平固定放置的p板的上表面bc在b点相切 c点在水平地面的垂直投影为c 重力加速度为g 实验步骤如下 用天平称出物块q的质量m 测量出轨道ab的半径r bc的长度l和cc 的高度h 将物块q在a点由静止释放 在物块q落地处标记其落地点d 重复步骤 共做10次 将10个落地点用一个尽量小的圆围住 用米尺测量圆心到c 的距离s 1 用实验中的测量量表示 物块q到达b点时的动能ekb 物块q到达c点时的动能ekc 在物块q从b运动到c的过程中 物块q克服