高考物理新一轮总复习（基础深化+典例透析+高分在握）实验五 探究动能定理课件.ppt

实验五探究动能定理 第五章机械能及其守恒定律 实验目的1 通过实验探究外力对物体做功与物体速度变化的关系 2 通过分析实验数据 总结出做功与物体速度的平方的正比例关系 实验原理探究功与速度变化的关系 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 可用如图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 实验器材小车 前面带小钩 100g 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 实验步骤1 按原理图将仪器安装好 2 平衡摩擦力 在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板 反复移动木板的位置 直至小车上不挂像皮筋时 纸带打出的点间距均匀 即小车能匀速运动为止 3 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w 将这一组数据记入表格 4 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2w 测出小车获得的速度v2 将数据记入表格 5 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的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 a1 a2间的距离x 小车速度的表达式是v x t t为打点计时器打点的时间间隔 2 记录实验数据把计算出的速度填入表格中并算出v2的值 3 数据处理在坐标纸上画出w v或w v2图线 w 以一条橡皮筋做的功为单位 4 实验结论从图象分析外力对物体做功与物体速度变化的关系为w v2 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 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匀速运动 找到木板一个合适的倾角 2 测小车速度时 纸带上的点应选均匀部分的 也就是选小车做匀速运动的部分 3 橡皮筋应选规格一样的 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 4 小车质量应大一些 使纸带上打的点多一些 实验改进1 本实验中物体运动速度可以使用速度传感器直接采集 比用打点计时器方便快捷且误差较小 2 可以把长木板换成气垫导轨 省略平衡摩擦力的操作步骤 达到简化实验过程的目的 3 质量的测量误差 纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差 细绳或纸带不与木板平行等都会引起误差 注意事项1 在平衡摩擦力时 不要把悬挂小盘的细绳系在小车上 即不要给小车加任何牵引力 并要让小车拖着纸带做匀速直线运动 2 整个实验平衡了摩擦力后 不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量 都不需要重新平衡摩擦力 3 每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下得出 只有如此 小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力 4 改变拉力和小车质量后 每次开始时小车应尽量靠近打点计时器 并应先接通电源 再放开小车 且应在小车到达定滑轮前按住小车 5 作图象时 要使尽可能多的点在所作直线上 不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧 6 作图时两轴标度比例要适当 各量须采用国际单位 这样作图线时 坐标点间距不至于过密 误差会小些 7 为提高测量精度 1 应舍掉纸带上开头比较密集的点 在后边便于测量的地方找一个起点 2 可以把每打五次点的时间作为时间单位 即从开始点起 每五个点标出一个计数点 则相邻计数点间的时间间隔为t 0 1s 实验改进本实验中可以用气垫导轨来代替长木板 这样就省去了平衡摩擦力的麻烦 小车的加速度也可以利用传感器来测量 借助于计算机来处理 考点一对实验原理的理解 探究动能定理 的实验装置如图甲所示 当小车在两条橡皮筋作用下弹出时 橡皮筋对小车做的功记为w0 当用4条 6条 8条 完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次 第3次 第4次 实验时 橡皮筋对小车做的功记为2w0 3w0 4w0 每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点计时器所打的纸带测出 1 关于该实验 下列说法正确的是 a 打点计时器可以用直流电源供电 电压为4 6vb 实验中使用的若干条橡皮筋的原长可以不相等c 每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出d 利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功w 依次作出w vm w vm2 w vm3 w2 vm w3 vm 的图象 得出合力做功与物体速度变化的关系 2 图乙给出了某次在正确操作情况下打出的纸带 从中截取了测量物体最大速度所用的一段纸带 测得o点到a b c d e各点的距离分别为oa 5 65cm ob 7 12cm oc 8 78cm od 10 40cm oe 11 91cm 已知相邻两点打点时间间隔为0 02s 则小车获得的最大速度vm m s 1 打点计时器一定用交流电源 a错误 实验中一定要用相同的橡皮筋 b错误 每次实验中 应使小车从同一位置由静止弹出 c正确 在探究小车最大速度和橡皮筋做功w的关系时 要作出各种不同的可能关系图象 得出合力做功与物体速度变化的关系 d正确 2 小车获得的最大速度应该用纸带上点间距相等段求解 在图中纸带上应用b d段求小车的最大速度 考点一对实验原理的理解 答案 1 cd 2 0 82 考点二实验数据的处理和误差分析 某同学为探究 合力做功与物体动能改变的关系 设计了如下实验 他的操作步骤 1 按图甲摆好实验装置 其中小车质量m 0 20kg 钩码总质量m 0 05kg 2 释放小车 然后接通打点计时器的电源 电源频率为f 50hz 打出一条纸带 3 他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条 如图乙所示 把打下的第一点记作0 然后依次取若干个计数点 相邻计数点间还有4个点未画出 用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为d1 0 041m d2 0 055m d3 0 167m d4 0 256m d5 0 360m d6 0 480m 他把钩码重力 当地重力加速度g 10m s2 作为小车所受合力 算出打下0点到打下第5点合力做功w j 结果保留三位有效数字 用正确的公式ek 用相关数据前字母列式 把打下第5点时小车的动能作为小车动能的改变量 算得ek 0 125j 4 此次实验探究的结果 他没能得到 合力对物体做的功等于物体动能的增量 且误差很大 通过反思 他认为产生误差的原因如下 其中正确的是 a 钩码质量太大 使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多b 没有平衡摩擦力 使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多c 释放小车和接通电源的次序有误 使得动能增量的测量值比真实值偏小d 没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因 考点二实验数据的处理和误差分析 考点三创新实验设计 2013 高考四川卷 如图1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 2 连接细绳及托盘 放入砝码 通过实验得到图2所示的纸带 纸带上o为小车运动起始时刻所打的点 选取时间间隔为0 1s的相邻计数点a b c d e f g 实验时小车所受拉力为0 2n 小车的质量为0 2kg 请计算小车所受合外力做的功w和小车动能的变化 ek