備考高考物理一輪復(fù)習(xí)文檔實(shí)驗(yàn)五探究功與速度變化的關(guān)系Word版含解析

1、實(shí)驗(yàn)五探究功與速度變化的關(guān)系板塊一主干梳理·夯實(shí)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)原理與操作實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、探究外力對(duì)物體做功與物體速度的關(guān)系.2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,總結(jié)出做功與物體速度平方的正比關(guān)系.實(shí)驗(yàn)原理1、不是直接測(cè)量對(duì)小車做功,而是通過(guò)改變橡皮筋條數(shù)確定對(duì)小車做功W、2W、3W2、由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)出,也可以用其他方法測(cè)出.這樣,進(jìn)行若干次測(cè)量,就得到若干組功和速度的數(shù)據(jù).3、以橡皮筋對(duì)小車做的功為縱坐標(biāo),小車獲得的速度的平方為橫坐標(biāo),作出W­v2曲線,分析這條曲線,可以得知橡皮筋對(duì)小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系.實(shí)驗(yàn)器材小車(前面帶小鉤)、1002

2、00 g砝碼、長(zhǎng)木板(在兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶?duì)稱位置釘兩個(gè)鐵釘)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、學(xué)生電源(使用電火花計(jì)時(shí)器時(shí)不用學(xué)生電源)、導(dǎo)線、56條等長(zhǎng)的橡皮筋、刻度尺.實(shí)驗(yàn)步驟1、按如圖所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好.2、平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板的有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端下面墊一塊木板,反復(fù)移動(dòng)木板的位置,直至小車上不掛橡皮筋時(shí),輕推小車,紙帶打出的點(diǎn)間距均勻,即小車能勻速運(yùn)動(dòng)為止.3、先用1條橡皮筋做實(shí)驗(yàn),用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出小車獲得的速度v1,設(shè)此時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為W,將這一組數(shù)據(jù)記入表格.4、用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度與第一次相同,這時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為2W,測(cè)出小車獲得的速度v2,將數(shù)據(jù)記入表格.

3、5、用3條、4條橡皮筋做實(shí)驗(yàn),用同樣的方法測(cè)出功和速度,記入表格.數(shù)據(jù)處理與誤差分析數(shù)據(jù)處理1、測(cè)量小車的速度：實(shí)驗(yàn)獲得如圖所示的紙帶,為探究橡皮筋彈力做的功和小車速度的關(guān)系,需要測(cè)量彈力做功結(jié)束時(shí)小車的速度,即小車做勻速運(yùn)動(dòng)的速度,應(yīng)在紙帶上測(cè)量的物理量：A1、A2間的距離x,小車速度的表達(dá)式是v(T為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔).2、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：把計(jì)算出的速度填入表格中并算出v2的值.橡皮筋條數(shù)位移x/m時(shí)間t/s速度v/(m·s1)速度平方v2/(m2·s2)3、數(shù)據(jù)處理：在坐標(biāo)紙上(如圖所示)畫出W­v2圖線(“W”以一條橡皮筋做的功為單位).4、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

4、：從圖象分析外力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系為Wv2.誤差分析1、誤差的主要來(lái)源是橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)不一,使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比.2、沒(méi)有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時(shí)傾角過(guò)大.3、利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí),測(cè)量不準(zhǔn)帶來(lái)誤差.類型產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差小車速度的測(cè)量誤差多次測(cè)量x,求平均值摩擦力做功平衡摩擦力適當(dāng)系統(tǒng)誤差橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)不一選規(guī)格相同的橡皮筋注意事項(xiàng)1、平衡摩擦力：將木板一端墊高,使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡.方法是輕推小車,由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng),找到木板一個(gè)合適的傾角.2、選點(diǎn)測(cè)速：測(cè)小車速度時(shí),

5、紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻部分的,也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的區(qū)域來(lái)計(jì)算速度.3、規(guī)格相同：橡皮筋規(guī)格相同時(shí),力對(duì)小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可,不必計(jì)算出具體數(shù)值.4、開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí),小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并且要先接通電源再釋放小車.5、選擇小車時(shí),小車質(zhì)量應(yīng)適當(dāng)大一些,使紙帶上打的點(diǎn)多一些.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)1、本實(shí)驗(yàn)中物體運(yùn)動(dòng)速度可以使用速度傳感器直接采集,比用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器方便快捷且誤差較小.2、可以把長(zhǎng)木板換成氣墊導(dǎo)軌,省略平衡摩擦力的操作步驟,達(dá)到簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程的目的.板塊二考點(diǎn)細(xì)研·悟法培優(yōu)考點(diǎn)1對(duì)實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)步驟的理解例1某實(shí)驗(yàn)小組要探究力對(duì)物體做功與物體獲得速度的關(guān)系,選取的實(shí)驗(yàn)裝置

6、如圖所示,實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),為使小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng),在未連接橡皮筋時(shí)將木板的左端用小木塊墊起,使木板傾斜合適的角度,打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,輕推小車,得到的紙帶應(yīng)該是_(填“甲”或“乙”).(2)使小車在一條橡皮筋的作用下由靜止彈出,沿木板滑行,這時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為W；(3)再用完全相同的2條、3條橡皮筋作用于小車,每次由靜止釋放小車時(shí)橡皮筋的_(填寫相應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件),使橡皮筋對(duì)小車做的功分別為2W、3W(4)分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶,分別求出小車每次獲得的最大速度v1、v2、v3(5)作出W­v圖象,則下列符合實(shí)際的圖象是_.嘗試解答(1)乙(3)伸長(zhǎng)量(形變量,長(zhǎng)度

7、)都相同(5)D.(1)平衡摩擦力后,小車應(yīng)做勻速直線運(yùn)動(dòng),所以紙帶應(yīng)該是乙.(3)為了使橡皮筋對(duì)小車做的功以倍數(shù)增加,每次橡皮筋形變量相同.(5)由動(dòng)能定理可知Wmv2,應(yīng)選D.某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)如圖所示,圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出的,沿木板滑行,橡皮筋對(duì)小車做的功記為W.當(dāng)用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)(每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致),每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打在紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算.(1)除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外,還需要導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、刻度尺和_(填“交流”或“直流”)電源.(2)實(shí)驗(yàn)中,小車會(huì)受到摩擦力的作

8、用,可以使木板適當(dāng)傾斜來(lái)平衡摩擦力,則下面操作正確的是()A、放開(kāi)小車,能夠自由下滑即可B、放開(kāi)小車,能夠勻速下滑即可C、放開(kāi)拖著紙帶的小車,能夠自由下滑即可D、放開(kāi)拖著紙帶的小車,能夠勻速下滑即可(3)若木板水平放置,小車在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng),當(dāng)小車速度最大時(shí),關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置,下列說(shuō)法正確的是()A、橡皮筋處于原長(zhǎng)狀態(tài)B、橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)C、小車在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處D、小車已過(guò)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線(4)在正確操作情況下,打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的,為了測(cè)量小車獲得的速度,應(yīng)選用紙帶的_部分進(jìn)行測(cè)量(根據(jù)如圖所示的紙帶回答).答案： (1)交流 (2)D (3)B (4)

9、GJ解析： (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源.(2)平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,放開(kāi)拖著紙帶的小車,小車能夠勻速下滑即可,D正確.(3)水平放置木板,放開(kāi)小車后,小車做加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小時(shí),小車的速度最大,此時(shí)橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài),小車沒(méi)過(guò)兩鐵釘?shù)倪B線,B正確,A、C、D錯(cuò)誤.(4)從紙帶上看,紙帶的GJ段打點(diǎn)比較均勻,所以應(yīng)選用紙帶的GJ段進(jìn)行測(cè)量.考點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與誤差分析例2如圖所示為某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置,圖中小車是在一條橡皮筋的作用下彈出,沿木板滑行,這時(shí),橡皮筋對(duì)小車做的功記為W.當(dāng)用2條、3條、完全相同的橡皮筋并在一

10、起進(jìn)行第2次、第3次、實(shí)驗(yàn)時(shí),使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致.每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出.下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表.次數(shù)橡皮筋做的功10個(gè)間隔距離x(m)10個(gè)間隔時(shí)間T(s)小車獲得的速度vn(m/s)小車獲得速度的平方v(m2/s2)1W0.28800.21.442.0722W0.41760.22.094.3633W0.48960.22.455.9944W0.59040.22.958.7155W0.64800.23.2410.50請(qǐng)運(yùn)用表中測(cè)定的數(shù)據(jù)在如圖所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象,得出的結(jié)論是_.嘗試解答見(jiàn)解析：.作出W­v圖象,如圖所示.在誤

11、差允許的范圍內(nèi),圖線是過(guò)原點(diǎn)的直線,說(shuō)明W與v成正比.2017·甘肅蘭州模擬某同學(xué)為探究“合外力做功與物體動(dòng)能改變的關(guān)系”,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn),操作步驟為：按圖1擺好實(shí)驗(yàn)裝置,其中小車質(zhì)量M0.20 kg,鉤碼總質(zhì)量m0.05 kg.先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(電源頻率為f50 Hz),然后釋放小車,打出一條紙帶.(1)他在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中選取出自認(rèn)為滿意的一條,如圖2所示,把打下的第一點(diǎn)記作0,選取點(diǎn)跡清晰的三個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)標(biāo)記為1、2、3(相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出),用刻度尺測(cè)得計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3到0點(diǎn)的距離分別為d125.6 cm,d236.0 cm,d348.0 cm.他把鉤

12、碼重力作為小車所受合外力(g取9.8 m/s2),算出打下0點(diǎn)到打下點(diǎn)2過(guò)程中合力做功W_J,把打下點(diǎn)2時(shí)小車的動(dòng)能作為小車動(dòng)能的改變量,算得Ek_J.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(2)根據(jù)此次實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果,他并沒(méi)能得到“合外力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能的增量”,且誤差較大.你認(rèn)為產(chǎn)生這種情況的原因可能是_(寫出一條即可).答案：(1)0.1760.125(2)沒(méi)有平衡摩擦力或鉤碼的質(zhì)量沒(méi)有滿足遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的條件解析：(1)由題意,合力做功為Wmgd20.176 J；打下點(diǎn)2時(shí)小車的速度v21.12 m/s,此時(shí)小車的動(dòng)能EkMv0.125 J.(2)由于鉤碼重力做功大于小車動(dòng)能增加量,其原因

13、一定是合外力小于鉤碼的重力,所以可能的原因是未平衡摩擦力或鉤碼的質(zhì)量沒(méi)有滿足遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的條件.考點(diǎn)3創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)例32017·湖北百所中學(xué)聯(lián)考某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲“探究小車動(dòng)能變化與合外力對(duì)它所做功的關(guān)系”,在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了如圖所示甲、乙兩套裝置,圖中A為小車,B為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,C為彈簧測(cè)力計(jì),P為小桶(內(nèi)有沙子),一端帶有定滑輪的足夠長(zhǎng)的木板水平放置.(1)如果忽略滑輪與繩間的摩擦,小組成員認(rèn)為：甲圖中彈簧秤的示數(shù)即為小車受到的拉力大小；乙圖中彈簧秤示數(shù)的二倍為小車受到的拉力大小.請(qǐng)判斷兩種分析是否正確,若不正確,請(qǐng)指明并簡(jiǎn)要說(shuō)出不正確的原因._.(2)選擇了上述一種合理的方法后,

14、要順利完成該實(shí)驗(yàn),除圖中實(shí)驗(yàn)儀器和低壓交流電源(含導(dǎo)線)外,還必需的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器是_、_.(3)該實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)小車受到的阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大,在長(zhǎng)木板保持水平的情況下,請(qǐng)你利用該裝置測(cè)出小車受到的阻力,其方法是_.(4)在上述實(shí)驗(yàn)操作中,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50 Hz,某同學(xué)打出的一段紙帶如下圖所示,O、A、BF為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打出的計(jì)時(shí)點(diǎn),根據(jù)圖中數(shù)據(jù)求出小車運(yùn)動(dòng)時(shí)與紙帶上E點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度vE_m/s.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)嘗試解答(1)的說(shuō)法是正確的；的說(shuō)法不正確,因?yàn)楫?dāng)小車加速運(yùn)動(dòng)時(shí),要考慮滑輪的質(zhì)量,小車所受到的拉力小于(或不等于)彈簧秤示數(shù)的二倍_(2)刻度尺_(dá)天平_(

15、3)調(diào)整小桶內(nèi)沙子的質(zhì)量,輕推小車,使小車拖動(dòng)紙帶做勻速運(yùn)動(dòng),則彈簧秤的示數(shù)等于小車受到的阻力大小_(4)1.39.(1)在題圖甲中,小車的拉力等于彈簧秤的拉力,在題圖乙中,考慮到動(dòng)滑輪的質(zhì)量m,設(shè)彈簧秤的拉力為F,小車對(duì)滑輪的拉力為FT,則2FFTma,FT2Fma知小車所受到的拉力FT小于(或不等于)彈簧秤示數(shù)F的二倍.(2)該實(shí)驗(yàn)要計(jì)算出小車的動(dòng)能,要測(cè)量小車的質(zhì)量,所以需要天平；要測(cè)量紙帶計(jì)時(shí)點(diǎn)之間的長(zhǎng)度,還需要刻度尺.(3)調(diào)整小桶內(nèi)沙子的質(zhì)量,輕推小車,使小車拖動(dòng)紙帶做勻速運(yùn)動(dòng),則彈簧秤的示數(shù)等于小車受到的阻力大小.(4)E點(diǎn)的速度等于DF段的平均速度vE m/s1.39 m/s.某同學(xué)在“探究功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn).將紙帶固定在重物上,讓紙帶穿過(guò)電火花計(jì)時(shí)器.先用手提著紙帶,使重物靜止在靠近計(jì)時(shí)器的地方.然后接通電源,松開(kāi)紙帶,讓重物自由下落,計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn),得到的紙帶如圖乙所示,O點(diǎn)為計(jì)時(shí)器打下的第1個(gè)點(diǎn).該同學(xué)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了下列處理：取OAABBC,并根據(jù)紙帶算出了A、B、C三點(diǎn)