高考物理复习 高效学习方略 实验5 探究动能定理课件.ppt

一 实验目的1 通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系 2 通过实验数据分析 总结出做功与物体速度平方的正比关系 二 实验原理1 改变功的大小 采用教材实验装置 用1条 2条 3条 同样的橡皮筋将小车拉到同一位置释放 橡皮筋拉力对小车所做的功依次为w 2w 3w 2 确定速度的大小 小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出 也可以用其他方法测出 3 寻找功与速度变化间的关系 以橡皮筋拉力所做的功w为纵坐标 小车获得的速度v为横坐标 作出w v曲线 即功 速度曲线 分析该曲线 得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度间的定量关系 三 实验器材小车 前面带小钩 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1次相同 这样 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 将数据记入表格 2 实验数据记录 3 实验数据处理及分析 在坐标纸上 如下图所示 画出w v和w v2图线 w 以一根橡皮筋做的功为单位 4 实验结论 从图象可知功与物体速度变化的关系 w v2 五 实验误差分析1 误差的主要来源是橡皮筋的长度 粗细不一 使橡皮筋的拉力与橡皮筋的条数不成正比 2 平衡摩擦力不彻底或平衡过了 也会造成误差 3 利用打上点的纸带计算小车的速度时 测量不准带来误差 六 注意事项1 平衡摩擦力 实验中 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否在木板上做匀速运动 2 打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀 应选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度 因为这一段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形 3 本实验并不需要测量橡皮筋做的功到底是多少 只测出以后各次实验橡皮筋做的功是第1次实验时的多少倍即可 这样做可以大大简化操作 要点一实验基本方法 例1 2012 安徽模拟 探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系 实验装置如图所示 实验主要过程如下 1 设法让橡皮筋对小车做的功分别为w 2w 3w 2 分析打点计时器打出的纸带 求出小车的速度v1 v2 v3 以下关于该实验的说法中有一项不正确 它是 a 本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为w 2w 3w 所采用的方法是选用同样的橡皮筋 并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致 当用1条橡皮筋进行实验时 橡皮筋对小车做的功为w 用2条 3条 橡皮筋并在一起进行第2次 第3次 实验时 橡皮筋对小车做的功分别是2w 3w b 小车运动中会受到阻力 补偿的方法 可以使木板适当倾斜 c 某同学在一次实验中 得到一条记录纸带 纸带上打出的点 两端密 中间疏 出现这种情况的原因 可能是没有使木板倾斜或倾角太小d 根据记录纸带上打出的点 求小车获得的速度的方法 是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算 解析d本题主要考查做功与运动速度的关系 它是学生获得对动能定理的感性认识的一个重要实验 意在考查考生对该实验的理解及误差分析能力 由于橡皮筋松弛后 小车做匀速运动 此时的速度是小车的最大速度 也是做功后的最终速度 故求此速度应用匀速那一段的数据 而不应该使用从第一点到最后一点的数据来算 故选d 要点二实验误差 例2 在 探究功与速度变化的关系 实验中 小车在运动中受到阻力作用 这样 在小车沿木板滑行的过程中 除橡皮筋对其做功以外 还有阻力做功 这样便会给实验带来误差 我们在实验中想到的办法是 使木板略微倾斜 对于木板的倾斜程度 下面说法中正确的是 a 木板只要稍微倾斜一下即可 没有什么严格要求b 木板的倾斜角度在理论上应满足下面的条件 物体重力沿斜面向下的分力应等于小车受到的阻力 c 如果小车在倾斜的木板上能做匀速运动 则木板的倾斜程度是符合要求的d 其实木板不倾斜问题也不大 因为实验总是存在误差的解析bc本实验的原理就是探究橡皮筋对小车做的功与小车速度变化的关系 因此就是要使其他力的功为零 故b c是正确的 要点三创新导航 例3 某探究学习小组的同学欲验证 动能定理 他们在实验室组装了一套如图所示的装置 另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源 导线 复写纸 纸带 小木块 细沙 当滑块连接上纸带 用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时 释放小桶 滑块处于静止状态 若你是小组中的一位成员 要完成该项实验 则 1 你认为还需要的实验器材有 2 实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等 沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是 实验时首先要做的步骤是 3 在 2 的基础上 某同学用天平称量滑块的质量m 往沙桶中装入适量的细沙 用天平称出此时沙和沙桶的总质量m 让沙桶带动滑块加速运动 用打点计时器记录其运动情况 在打点计时器打出的纸带上取两点 测出这两点的间距l和这两点的速度大小v1与v2 v1 v2 则本实验最终要验证的数学表达式为 用题中的字母表示实验中测量得到的物理量 1 关于 探究功与速度变化的关系 实验 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d本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳 只要测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足够了 故a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各次实验中橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍 故b错 小车运动中会受到阻力 只有使木板倾斜到一定程度 才能减小误差 故c错 实验时 应先接通电源 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 故d正确 2 在完成功与速度关系的实验中 如果用一条橡皮筋进行实验 与小车相连的纸带如图甲所示 如果用四条橡皮筋进行实验 与小车相连的纸带如图乙所示 下面说法中正确的是 a 用一条橡皮筋拉小车时 橡皮筋对小车做功为w 用四条橡皮筋拉小车时 橡皮筋对小车做功为4wb 用一条橡皮筋拉小车时 小车速度最大可达到v 用四条橡皮筋拉小车时 小车速度最大可达4vc 用一条橡皮筋拉小车时 小车速度最大可达到v 用四条橡皮筋拉小车时 小车速度最大可达2vd 用一条橡皮筋拉小车时 小车最大速度可达到v 用四条橡皮筋拉小车时 小车最大速度既不是2v 也不是4v解析ac根据实验原理 a正确 由纸带求出 图乙中的末速度是图甲中的末速度的两倍 c正确 3 为了计算由于橡皮筋做功而使小车获得的速度 在某次实验中某同学得到了如图所示的一条纸带 在a b c d中速度符合要求的点是 a ab bc cd d解析c橡皮筋做功 纸带上点c左侧点间距增大 点c右侧点间距减小 可选c点 4 用如图所示的装置 探究功与物体速度变化的关系 实验时 先适当垫高木板 然后由静止释放小车 小车在橡皮条弹力的作用下被弹出 沿木板滑行 小车滑行过程中带动通过打点计时器的纸带 记录其运动情况 观察发现 纸带前面部分点迹疏密不匀 后面部分点迹比较均匀 1 适当垫高木板 是为了 2 通过纸带求小车速度时 应使用纸带的 填 全部 前面的部分 或 后面的部分 3 若实验做了n次 所用橡皮条分别为1根 2根 n根 通过纸带求出小车的速度分别为v1 v2 vn 用w表示橡皮条对小车所做的功 作出的w v2图线是一条过坐标原点的直线 这说明w与v的关系是 答案 1 平衡摩擦力 2 后面的部分 3 w与速度v的平方成正比 5 科学规律的发现离不开科学探究 而科学探究可以分为理论探究和实验探究 下面我们追寻科学家的研究足迹 用实验探究恒力做功和物体动能变化之间的关系 1 某同学的实验设计方案如图所示 该实验用钩码的重力表示小车受到的合外力 为此 实验时在安装正确 操作规范的前提下 已平衡摩擦力 还需要满足的条件是 2 下图所示是某次实验中得到的一条纸带 其中a b c d e f是该同学确定的计数点 相邻计数点间的时间间隔为t 间距如图 则打c点时小车的速度为 要验证合外力的功与动能变化间的关系 除位移 速度外 还要测出的物理量有 6 某学习小组做探究 合力的功和物体速度变化关系 的实验 如图甲 图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出 沿木板滑行 这时 橡皮筋对小车做的功记为w 当用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 使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致 每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出 1 除了图中已有的实验器材外 还需要导线 开关 刻度尺和 2 木板倾斜的目的是为了 3 若木板水平放置 小车在两条橡皮筋作用下运动 当小车速度最大时 关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置 下列说法正确的是 a 橡皮筋处于原长状态b 橡皮筋仍处于伸长状态c 小车在两个铁钉的连线处d 小车已过两个铁钉的连线 4 在正确操作情况下 打在纸带上的点 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 根据图丙所示的纸带回答 丙 5 下面是本实验的数据记录表 从理论上讲 橡皮筋做的功wn和物体速度vn变化的关系应是wn 请运用表中测定的数据在图乙所示的坐标系中作出相应的图象 并验证理论的正确性 解析 1 缺交流电源 2 使木板倾斜的目的是平衡摩擦力 4 测小车获得的速度应取小车匀速运动时打出的纸带 即图中为gj段 5 要求明确标注坐标轴的物理量 合理设置标度 并用尺规作图 所作图线应通过原点 做图略 在误差允许的范围内 图象是经过原点的直线 说明wn与v成正比 答案 1 交流电源 或电源 2 平衡摩擦力 3 b 4 gj 5 v验证见解析 首先进行如图甲所示的实验 将轻质弹簧竖直挂起来 在弹簧的另一端挂上小铁球o 静止时测得弹簧的长度变化量为d 在此步骤中