2011高考物理 教师讲义5-4

用心 爱心 专心1 20112011 高考物理高考物理 正定中学内部教师讲义 物理正定中学内部教师讲义 物理 5 45 4 实验目的 1 通过实验 探究功与物体速度变化的关系 2 了解探究功与物体速度变化关系的思路 3 学习利用图象处理数据 实验原理 如图所示 小车在橡皮筋的作用下弹出 沿木板滑行 当我们用2 条 3 条 同样的橡皮筋进行第 2 次 第 3 次 实验时 每次实验中橡皮筋拉伸的长 度都保持一致 那么第 2 次 第 3 次 实验中橡皮筋对小车做的功就是第 1 次的 2 倍 3 倍 如果把第 1 次实验时橡皮筋的功记为 W 以后各次的功就 是 2W 3W 由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由打点计时器打出的纸带测出 这样进行若干次测量 就得到若干组功和速度的数据 实验器材 橡皮筋 打点计时器 小车 纸带 复写纸 电源 导线 刻度尺 木板 钉子 实验步骤 1 按图组装好实验仪器 由于小车在运动中会受到阻力 把木板略微倾斜 作为补偿 2 先用一条橡皮筋进行实验 把橡皮筋拉伸一定长度 理清纸带 接通电源 放开小车 3 换用纸带 改用 2 条 3 条 同样的橡皮筋进行第 2 次 第 3 次 实验 每次实验中橡皮筋拉伸的长度都相同 4 由纸带算出小车获得的速度 把各次实验获得的速度依次记入设计的表格里 5 对观测数据进行估计 大致判断两个量可能的关系 然后以 W 为纵坐标 以 v2 或 v v3 为横坐标作图 用心 爱心 专心2 数据处理 橡皮筋条数123456 力对小车做的功W2W3W4W5W6W 小车获得的速度 在处理数据的时候 如果作出的功 速度曲线是一条直线 表明橡皮筋做的功与小车获得的速度的关系是正比例关系 即 W v 如果不是直线 就可能是 W v2 W v3或 W 到底是哪种关系 根据测得的速度分别按 W v2 W v3或 W 算出相应的功的值 实际测得的速度与哪一种最接 近 它们之间就是哪一种关系 也可以对测量数据进行估计 通过 W v 草图大致判断两个量可能是什么关系 如果认为很可能是 W v2 这时就应该作 W v2图线 如果是一条直线 说明二者的关系是 W v2 注意事项 1 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验 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 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焦耳 只是测出以后各次实验橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍 这样做可以大大简化操作 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度也会造成误差 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 实验目的 用心 爱心 专心3 验证机械能守恒定律 实验原理 在只有重力作用的自由落体运动中 物体的重力势能和动能可以互相转化 但总机械能守恒 方法 1 若某一时刻物体下落的瞬时速度为 v 下落高度为 h 则应为 mgh mv2 借助打点计时器 测出重物某时刻的下落高度 h 和该时刻的瞬时速度 v 即可验证机械能是否守恒 实验装置如图所示 方法 2 任意找两点 A B 分别测出两点的速度大小 vA vB以及两点之间的距离 d 若物体的机械能守恒 应有 Ep Ek 测定第 n 点的瞬时速度的方法 是 测出第 n 点的相邻前 后两段相等时间 T 内下落的距离 xn和 xn 1 由公式 vn 用心 爱心 专心4 实验器材 铁架台 带铁夹 打点计时器 重锤 带纸带夹子 纸带数条 复写纸片 导线 毫米刻度尺 除了上述器材外 还必须有学生电源 交流 4 6V 实验步骤 1 按方法 2 把打点计时器安装在铁架台上 用导线把打点计时器与学生电源连接好 2 把纸带的一端在重锤上用夹子固定好 另一端穿过打点计时器限位孔 用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近 3 接通电源 松开纸带 让重锤自由下落 4 重复几次 得到 3 5 条打好点的纸带 5 在打好点的纸带中挑选第一 二两点间的距离接近 2 mm 且点迹清晰的一条纸带 在起始点标上 0 以后各点依次标 1 2 3 用刻度尺测出对应下 落高度 h1 h2 h3 6 应用公式 v0 计算各点对应的即时速度 v1 v2 v3 7 计算各点对应的势能减少量 mgh 和动能的增加量 mv2 进行比较 注意事项 1 打点计时器安装时 必须使两纸带限位孔在同一竖直线上 以减小摩擦阻力 2 实验时 需保持提纸带的手不动 待接通电源 让打点计时器工作正常后才松开纸带让重锤下落 以保证第一个点是一个清晰的小点 3 选用纸带时应尽量挑第一 二点间接近 2mm 的纸带 4 测量下落高度时 都必须从起始点算起 不能搞错 为了减小测量值 h 时的相对误差 选取的各个计数点要离起始点远一些 纸带也不宜过长 有效长度 可在 60cm 80cm 以内 5 因不需要知道动能和势能的具体数值 所以不需要测量重物的质量 误差分析 1 测量长度时会存在偶然误差 所以测长度时要多测几次 取平均值即可减小此误差 2 由于本实验中有纸带与限位孔间的摩擦力 主要因素 和空气阻力 次要因素 的影响 这是系统误差 它使增加的动能少于减小的重力势能 要减小影响 采用增加重锤质量的办法 因为当重锤的重力远大于阻力时 可忽略阻力的影响 3 为了减小相对误差 选取的计数点最好离第一个点远一些 用心 爱心 专心5 4 若第一 第二两点间的距离小于 2mm 则这两点间的时间间隔不到 0 02s 或阻力过大 考例 1 2009 南京模拟 为了探究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 打点计时器交流电频率为 50Hz 1 为了消除摩擦力的影响应采取什么措施 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 用心 爱心 专心6 4 试根据第 2 3 项中的信息 填写下表 次数1234 橡皮筋对小车做功 W 小车速度 v m s v2 m2 s2 从表中数据可得出结论 解析 1 将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度 使小车缓慢匀速下滑 4 由匀速运动的速度公式 v 即可求出小车的速度 其中 x 从图上读出分别为 2 00cm 2 83cm 3 46cm 4 00cm t T 0 02s 用心 爱心 专心7 次数1234 橡皮筋对小车做 功 2W3W4W 小车速度 v m s 1 001 42 v2 m2 s2 1 002 022 994 00 在误差允许的范围内橡皮筋对小车做的功与小车速度的平方成正比 答案 见解析 总结评述 本实验的设计原理 思想及数据处理技巧很具有代表性 要注意在新实验情景下的合理迁移和应用 W0 001 002 003 004 005 006 00 v m s 0 000 801 101 281 531 761 89 v2 0 000 641 211 642 343 103 57 某同学在探究功与物体速度变化的关系时得到了 W 与 v 的一组数据 请你对这些数据进行处理 并确定 W 与 v 之间的关系 解析 以 W 为纵坐标 v 为横坐标 作出 W v 曲线 以 W 为纵坐标 v2为横坐标 作出 W v2曲线 由图象可看出 W v2 答案 W v2 用心 爱心 专心8 考例 2 某同学在探究功与物体速度变化的关系实验中 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 用心 爱心 专心9 解析 设由 O 到 A 的过程中 重力对重物所做的功为 W 那么由 O 到 B 过程中 重力对重物所做的功为 2W 由 O 到 C 的过程中 重力对重物所做的功为 3W 用心 爱心 专心10 答案 能 命题规律 根据实验原理 实验步骤 总结实验结论 或验证实验结论的正确性 或分析实验误差 考例 3 完成下面有关物理实验的问题 用心 爱心 专心11 用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律 实验所用的电源为学生电源 输出电压为 6V 的交流电和直流电两种 重锤从高处由静止开始落下 重锤上拖 着的纸带通过打点计时器打出一系列的点 对纸带上的点的痕迹进行测量 即可验证机械能守恒定律 1 下面列举了该实验的几个操作步骤 A 按照图示的装置安装器材 B 将打点计时器接到电源的直流输出端上 C 用天平测量出重锤的质量 D 释放悬挂纸带的夹子 同时接通电源开关打出一条纸带 E 测量打出的纸带上某些点之间的距离 用心 爱心 专心12 用心 爱心 专心13 F 根据测量结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能 指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤 将其选项对应的字母填在下面的空行中 并说明理由 2 利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度 a 的数值 如图所示 根据打出的纸带 选取纸带上打出的连续的五个点 A B C D E 测出 A 点距起始 点 O 的距离为 S0 点 A C 间的距离为 S1 点 C E 间的距离为 S2 使用交流电的频率为 f 则根据这些条件计算重锤下落加速度 a 的表达式 a 3 在验证机械能守恒定律的实验中发现 重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加 其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用 可以通过 该实验装置测定该阻力的大小 若已知当地重力加速度公认的较准确的值为 g 还需要测量的物理量是 试用这些物理量和纸带上的测量数据表示 出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小 F 解析 1 步骤 B 是错误的 应该接到电源的交流输出端 步骤 D 是错误的 应先接通电源 待打点稳定后再释放纸带 步骤 C 不必要 因为根据测量原理 重锤的动能和势能中都包含了质量 m 可以约去 2 由匀变速直线运动的规律有 S2 S1 a 2T 2 4aT2 用心 爱心 专心14 答案 1 见解析 在 验证机械能守恒定律 的实验中 打点计时器所用电源的频率为 50Hz 当地重力加速度的值为 9 80m s2 测得所用重物的质量为 1 00kg 甲 乙 丙三 学生分别用同一装置打出三条纸带 量出各纸带上第 1 第 2 两点间的距离分别为 0 18cm 0 19cm 和 0 25cm 则可肯定 选填 甲 乙 丙 在 操作上有错误 错误是 用心 爱心 专心15 若按实验要求正确地选出纸带进行测量 量得连续三点 A B C 到第一个点 O 的距离分别为 15 55cm 19 20cm 和 23 23cm 则当打点计时器打 B 点时 重物 的重力势能减小量为 J 重物的动能为 J 均保留 3 位有效数字 通过计算表明数值上 Ep Ek 填 大于 小于 或 等于 这是因为 实验的结论是 解析 丙在操作上有错误 先放纸带再接通电源 Ep mg hB 1 88J 答案 丙 先放纸带再接通电源 1 88 1 84 大于 实验中有阻力 克服阻力做功要损失机械能 在实验误差范围内 机械能是守恒的 命题规律 将实验原理和实验方法进行改进 验证 mgh mv2并把该式转变为其他易测量的物理量来表示 考查灵活运用所学知识的能力 考例 4 在一次实验中 利用如图所示的器材来验证钢球从斜槽滑下机械能守恒 实验步骤如下 用心 爱心 专心16 1 把斜槽固定在实验台边沿 调整斜槽出口使出口处切线水平 2 出口处拴重锤线 使出口投影于水平地面 O 点 地面铺复写纸 白纸 3 从斜槽某一高度处同一点 A 从静止开始释放球多次 打出平均落地点 P 用