高三物理一轮复习 第5章 第5讲 实验五：探究功与速度变化的关系课件.ppt

浙江专用物理 第5讲实验五 探究功与速度变化的关系 实验目的1 通过实验探究合外力对物体做的功与物体速度变化的关系 2 巩固打点计时器所打纸带上各点速度的测量方法和用图像法处理实验 数据 实验原理1 不是直接测量对小车做的功 而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做的功w0 2w0 3w0 2 由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出 也可以用其他方法测出 这样 进行若干次测量 就得到若干组功和速度的数据 3 作出w v和w v2图线 分析图线 可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的关系 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 使用电火花打点计时器不用学生电源 5 6条等长的橡皮筋 刻度尺等 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 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 这样橡皮筋对小车做的功为2w0 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 数据处理1 测量小车的速度 实验获得如图所示的纸带 为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系 需要测量弹力做功结束时小车的速度 即小车做匀速运动的速度 应在纸带上测量的物理量是 用字母表示 a1 a2间的距离x 小车速度的表达式是 用测量的物理量表示 v t为打点计时器的打点时 2 先用一条橡皮筋做实验 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w0 将这一组数据记入表格 间间隔 2 实验数据记录 3 实验数据处理及分析 在坐标纸上画出w v和w v2图线 w 以一条橡皮筋做的功为单位 4 实验结论 从图像可知功与物体速度的关系 w v2 注意事项1 平衡摩擦力 本实验中为排除摩擦力的影响 让橡皮筋做的功成为合外力做的功 可采用将木板一端垫高的方法 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 不挂橡皮筋时 轻推一下小车 观察到打点计时器打出的纸带上点迹均匀 2 测小车速度时 纸带上的点应选均匀部分 因为这一段是橡皮筋对小车做功结束时的情形 3 橡皮筋的规格应一样 力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可 不必计算出具体数值 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 4 小车质量应大一些 使纸带上打的点多一些 误差分析1 误差的主要来源是橡皮筋的长度 粗细不一致 使橡皮筋的拉力做功w与橡皮筋条数不成正比 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 利用打上点的纸带计算小车速度时 测量不准确会带来误差 1 在探究 功与速度变化的关系 的实验中 某同学是用下面的方法和器材进行实验的 放在长木板上的小车 由静止开始在几条完全相同的橡皮筋的作用下沿木板运动 小车拉动固定在它上面的纸带 纸带穿过打点计时器 关于这一实验 下列说法中正确的是 a 长木板要适当倾斜 以平衡小车运动中受到的阻力b 重复实验时 虽然用到橡皮筋的条数不同 但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同c 利用纸带上的点计算小车的速度时 应选用纸带上打点最密集的部分进行计算 d 利用纸带上的点计算小车的速度时 应选用纸带上打点最均匀的部分进行计算 1 答案abd在本题的实验中 由于小车在运动中受到阻力 摩擦力和纸带的阻力 所以要使长木板适当倾斜 以平衡小车运动过程中受到的阻力 重复实验时 为了使橡皮筋对小车所做的功与它的条数成正比 所以用到橡皮筋的条数虽然不同 但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同 利用纸带上的点计算小车的速度时 由于要计算的是小车不受橡皮筋拉力后匀速运动的速度 所以应选用纸带上打点最均匀的部分进行计算 故a b d选项是正确的 2 用如图所示的装置做 探究功与速度变化的关系 的实验时 下列说法正确的是 a 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 每次实验中橡皮筋的规格要相同 拉伸的长度要一样c 可以改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值 d 可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值e 实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源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 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 2 答案abcf当小车拉着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时 沿长木板方向的重力的分力等于摩擦力 即在实验中可消除摩擦力的影响 a正确 由实验原理可知 b c正确 d错误 使用打点计时器时都必须先接通电源再释放小车 e错误 橡皮筋拉力做的总功等于小车动能的增加 此动能应为小车获得的最大动能 所以用打点计时器打下的纸带测定的是小车的最大速度 f正确 g错误 3 在追寻科学家研究足迹的过程中 某同学为探究恒力做功和物体动能变化间的关系 采用了如图所示的实验装置 1 实验时 该同学想用钩码的重力表示滑块受到的合力 为了减小这种做法带来的实验误差 你认为在实验中应该采取的两项措施是和 2 如图所示是实验中得到的一条纸带 其中a b c d e f是连续的六个计数点 相邻计数点间的时间间隔为t 相邻计数点间的距离已在图中标出 测出滑块的质量为m 钩码的总质量为m 从打b点到打e点的过程中 为达到实验目的 该同学应该寻找和之间的数值关系 用题中和图中的物理量符号表示 4 答案 1 保证钩码的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力 2 mg x2 x3 x4 m m解析 1 钩码的总质量远小于滑块的质量和平衡摩擦力才能实现钩码的重力近似等于滑块所受合力 2 实验的目的就是探究恒力做功和物体动能变化之间的关系 从b到e 恒力做功为mg x2 x3 x4 动能变化为m m 所以需要寻找它们之间的关系 典例1如图所示 是某研究性学习小组做探究 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 橡皮筋对小车做的功为w 当我们用2条 3条 橡皮筋做实验时 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的纸带测出 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 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 5 从理论上讲 橡皮筋做的功wn和小车速度vn的关系应是wn 请你根据表中测定的数据在如图所示的坐标系中作出相应的图像 6 若在实验中你作出的图线与理论的推测不完全一致 你处理这种情况的 做法是 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 要让小车只在橡皮筋作用下运动 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 5 纵坐标表示速度的平方 横坐标表示功 利用描点法描出各组数据对应的点 作出 wn图线 如图所示 6 分析误差来源 改进实验方案或测量手段 重新进行实验 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 2w3w4w5w 5 图像见解析图 6 分析误差来 源 改进实验方案或测量手段 重新进行实验 典例2某兴趣小组在做 探究功与速度变化的关系 的实验前 提出以下几种猜想 w v w v2 w 他们的实验装置如图甲所示 pq为一块倾斜放置的木板 在q处固定一个速度传感器 用来测量物体每次通过q点的速度 在刚开始实验时 有位同学提出 不需要测出物体质量 只要测出物体从初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的示数就行了 大家经过讨论采纳了该同学的建议 1 本实验中不需要测量物体质量的理由是什么 2 让物体分别从不同高度无初速度释放 测出物体从初始位置到速度传感器的距离l1 l2 l3 l4 读出物体每次通过速度传感器q的速度v1 v2 v3 v4 并绘制了如图乙所示的l v图像 根据绘制出的l v图像 若为了更直观地看出l和v的变化关系 他们下一步应该作出 a l v2图像b l 图像c l 图像d l 图像 3 本实验中 木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果 解析 1 因为w ek 即mg sin cos l mv2 等式两边都有m 所以探 究w与v的关系可以不