1、實(shí)驗(yàn)(7):探究做功與物體速度變化的關(guān)系,一、實(shí)驗(yàn)原理圖 方案一 方案二,二、基本實(shí)驗(yàn)要求 1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1)通過實(shí)驗(yàn)探究力對(duì)物體做的功與物體速度變化的關(guān)系。 (2)通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,總結(jié)出做功與物體速度二次方的正比關(guān)系。 2.實(shí)驗(yàn)原理 方案一:由重物提供牽引力 如圖,由重物通過滑輪牽引小車,當(dāng)小車的質(zhì)量比重物大得多時(shí),可以把重物所受的重力當(dāng)作小車受到的牽引力,小車運(yùn)動(dòng)的距離可以由紙帶測(cè)出,改變重物的質(zhì)量或者改變小車運(yùn)動(dòng)的距離,也就改變了牽引力做的功。,方案二:由橡皮筋提供牽引力 如圖,第一次使小車在一根橡皮筋作用下彈出。第二次、第三次操作時(shí)分別改用2根、3根同樣的橡皮筋,并使小車從同樣的位

2、置被彈出,那么橡皮筋對(duì)小車做的功一定是第一次的2倍、3倍測(cè)出小車被彈出后的速度,能夠找到牽引力對(duì)小車做的功與小車速度變化的關(guān)系。 3.實(shí)驗(yàn)器材 方案一:重物(小盤中放砝碼或砂桶中盛砂)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車、紙帶、復(fù)寫紙、電源、導(dǎo)線、刻度尺、一端帶有滑輪的長(zhǎng)木板、帶小鉤的細(xì)線等。 方案二:橡皮筋若干根(材質(zhì)、長(zhǎng)短、粗細(xì)均相同)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車、紙帶、復(fù)寫紙、電源、導(dǎo)線、刻度尺、木板、鐵釘?shù)取?4.實(shí)驗(yàn)步驟 方案一: (1)用天平測(cè)出重物的質(zhì)量m(mM車),將數(shù)據(jù)記錄在表中。 (2)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒有滑輪的一端,紙帶的一端夾在小車后端,另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,將長(zhǎng)木板安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一

3、端適當(dāng)墊高,調(diào)整高度,直至輕推小車后,恰能使小車在木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng)為止。 (3)在小車前系好細(xì)線并通過滑輪掛上重物,將小車置于靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,釋放小車。 (4)改變重物質(zhì)量,重做上述實(shí)驗(yàn)。,(5)如圖所示,將紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)記為計(jì)數(shù)點(diǎn)O,再在紙帶的后端選擇連續(xù)的5個(gè)打印點(diǎn)分別記為計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5,分別測(cè)出計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5至計(jì)數(shù)點(diǎn)O的距離(即小車的位移l),并利用打上點(diǎn)的紙帶,測(cè)出打各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v,將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表中。 (6)將計(jì)算得到的功W記錄在表格中。 (7)根據(jù)記錄的W、v數(shù)據(jù),在坐標(biāo)紙上作出合適的圖象,兩次實(shí)驗(yàn)可以在同一坐標(biāo)系中作出兩條

4、圖線。,方案二: (1)選擇確定本實(shí)驗(yàn)的探究方案。 (2)平衡摩擦力:在長(zhǎng)木板有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端下面墊一塊小木板,反復(fù)移動(dòng)小木板的位置,直至小車不受牽引時(shí),紙帶打出的點(diǎn)間距均勻。 (3)將橡皮筋的一端固定在長(zhǎng)木板前端的鐵釘上,另一端固定在小車前端的鉤子上,將小車置于靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,釋放小車。 (4)用2根、3根、4根、5根相同的橡皮筋分別代替1 根橡皮筋重做實(shí)驗(yàn),保證每次釋放小車的位置相同,即橡皮筋被拉長(zhǎng)的長(zhǎng)度相同。 (5)在上述實(shí)驗(yàn)中打出的5條紙帶上分別找出小車近似做勻速運(yùn)動(dòng)的點(diǎn),并分別求出勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度v,將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表中。 (6)根據(jù)記錄的W、v數(shù)據(jù),在坐標(biāo)

5、紙上作出合適的圖象。 (7)整理實(shí)驗(yàn)器材。,5.數(shù)據(jù)處理 圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),探究做功與物體速度變化的關(guān)系。 6.注意事項(xiàng) (1)平衡摩擦力:為防止摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響,我們應(yīng)設(shè)法排除摩擦力的影響,可將木板一端墊高,使重力沿斜面方向的分力與摩擦力平衡,從而消除摩擦力的影響。判斷已平衡掉摩擦力的方法是輕推一下小車,觀察到小車不受其他力時(shí)能在木板上勻速運(yùn)動(dòng)。 (2)在方案二中,我們用2根、3根相同的橡皮筋進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn),每次實(shí)驗(yàn)時(shí)使小車從同一地點(diǎn)靜止釋放,使橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度保持一致。 (3)在方案二中,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上相鄰各點(diǎn)的間距并不均勻,應(yīng)選間距均勻的那一段紙帶來計(jì)算小車的速度,因

6、為這一段是橡皮筋對(duì)小車做功完畢時(shí)的情形。,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,考點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)原理和操作 典例1如圖所示,在“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中, (1)下列說法正確的是。 A.為減小實(shí)驗(yàn)誤差,長(zhǎng)木板應(yīng)水平放置 B.實(shí)驗(yàn)中需要算出橡皮筋做功的具體數(shù)值 C.通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對(duì)小車做的功成整數(shù)倍增加 D.小車在橡皮筋拉力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)后,小車做勻速運(yùn)動(dòng),考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,(2)用該裝置實(shí)驗(yàn)時(shí),不可缺少的操作是。 A.測(cè)出小車的質(zhì)量 B.測(cè)出橡皮筋的伸長(zhǎng)量 C.用量角器測(cè)出長(zhǎng)木板的傾角 D.改變橡皮筋條數(shù)后將小車從同一位置釋放,答案,解析,考點(diǎn)1,考點(diǎn)

7、2,考點(diǎn)3,考點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 典例2 “探究彈力做功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,當(dāng)小車在兩條橡皮筋作用下彈出時(shí),橡皮筋對(duì)小車做的功記為W0。當(dāng)用4條、6條、8條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、第4次實(shí)驗(yàn)時(shí),橡皮筋對(duì)小車做的功記為2W0、3W0、4W0每次實(shí)驗(yàn)中由靜止彈出的小車獲得的最大速度均可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出。,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是。 A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以用直流電源供電,電壓為46 V B.實(shí)驗(yàn)中使用的若干根橡皮筋的原長(zhǎng)可以不相等 C.每次實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出 D.利用每次測(cè)出的小車最大速度vmax和橡皮筋做的

8、功W,依次作出 的圖象,得出合力做功與物體速度變化的關(guān)系,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,(2)如圖給出了某次在正確操作情況下打出的紙帶,從中截取了測(cè)量物體最大速度所用的一段紙帶,測(cè)得O點(diǎn)到A、B、C、D、E各點(diǎn)的距離分別為OA=5.65 cm,OB=7.12 cm,OC=8.78 cm,OD=10.40 cm,OE=11.91 cm。已知相鄰兩點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02 s,則小車獲得的最大速度vmax=m/s。,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,解析: (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器只能用電壓為46 V的交流電源供電,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中使用的若干根橡皮筋的原長(zhǎng)必須相等,否則實(shí)驗(yàn)誤差太大,甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;每次實(shí)驗(yàn)都應(yīng)使

9、小車從同一位置由靜止彈出,才能保證橡皮筋的形變量相同,選項(xiàng)C正確;利用圖象可以減小實(shí)驗(yàn)誤差,能更直觀地反映出合力做功與物體速度變化的關(guān)系,選項(xiàng)D正確。(2)由圖及所給數(shù)據(jù)可知小車一定在BC間獲得最大速度,所以 答案: (1)CD(2)0.83,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,典例3某同學(xué)為探究“合力做功與物體速度變化的關(guān)系”,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn),他的操作步驟是: 按圖擺好實(shí)驗(yàn)裝置,其中小車質(zhì)量M=0.20 kg,鉤碼總質(zhì)量m=0.05 kg。 釋放小車,然后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(電源頻率為f=50 Hz),打出一條紙帶。,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,(1)他在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條,如下

10、圖所示。把打下的第一點(diǎn)記作0,然后依次取若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出,用厘米刻度尺測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)距離分別為d1=0.004 m,d2=0.055 m,d3=0.167 m,d4=0.256 m,d5=0.360 m,d6=0.480 m他把鉤碼重力(g取9.8 m/s2)作為小車所受合力算出打下0點(diǎn)到打下第5點(diǎn)合力做功W= J(結(jié)果保留三位有效數(shù)字),打下第5點(diǎn)時(shí)小車的速度v5= m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,(2)此次實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果,他沒能得到“合力對(duì)物體做的功Wv2”的結(jié)論,且誤差很大。通過反思,他認(rèn)為產(chǎn)生誤差的原因如下,其中正確的是。 A.鉤

11、碼質(zhì)量太大,使得合力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多 B.沒有平衡摩擦力,使得合力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多 C.釋放小車和接通電源的次序有誤,使得動(dòng)能增量的測(cè)量值比真實(shí)值偏小 D.沒有使用最小刻度為毫米的刻度尺測(cè)距離也是產(chǎn)生此誤差的重要原因,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,解析: (1)根據(jù)題意物體所受合外力為:F=mg=0.059.8=0.49 N,根據(jù)功的定義可知:W=Fd5=0.176 J;根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過程中的平均速度,可以求出第5個(gè)點(diǎn)的速度大小為: (2)設(shè)繩子上拉力為F,根據(jù)牛頓第二定律有:對(duì)小車:F=Ma;對(duì)鉤碼:mg-F=ma;可得 ,由此可知

12、當(dāng)Mm時(shí),鉤碼的重力等于繩子的拉力,因此當(dāng)鉤碼質(zhì)量太大時(shí),會(huì)造成較大誤差,故A正確;實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行平衡摩擦力操作,若沒有平衡摩擦力直接將鉤碼重力做的功當(dāng)做小車合外力做的功,會(huì)造成較大誤差,故B正確;釋放小車和接通電源的順序有誤,影響打點(diǎn)多少,不一定會(huì)使動(dòng)能的測(cè)量值偏小,故C錯(cuò)誤;距離的測(cè)量產(chǎn)生的誤差不是該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的主要誤差,故D錯(cuò)誤。 答案: (1)0.1761.12(2)AB,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,考點(diǎn)3誤差與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì) 典例4某同學(xué)利用如圖所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系。 步驟一:小物塊在橡皮筋的作用下彈出,沿水平桌面滑行,之后平拋落至水平地面上,落點(diǎn)記為M1; 步驟二:在釘子上分別套

13、上2條、3條、4條同樣的橡皮筋,使每次橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都保持一致,重復(fù)步驟一,小物塊落點(diǎn)分別記為M2、M3、M4,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,步驟三:測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 (1)為求出小物塊拋出時(shí)的動(dòng)能,需要測(cè)量下列物理量中的()。 A.小物塊的質(zhì)量m B.橡皮筋的原長(zhǎng)x C.橡皮筋的伸長(zhǎng)量x D.桌面到地面的高度h E.小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離L (2)將幾次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小物塊做功分別記為W1、W2、W3小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離分別記為L(zhǎng)1、L2、L3若功與速度的二次方成正比,則應(yīng)以W為縱坐標(biāo)、為橫坐標(biāo)作圖,才能得到一條直線。 (3)由于小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略,則由此引起的誤差屬于(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,解析: (1)根據(jù)動(dòng)能的定義可知,有物體的質(zhì)量和速度可以計(jì)算其動(dòng)能,所以必須測(cè)量小物塊的質(zhì)量和其