步步高2015一輪講義試驗05探究平拋運動的規(guī)律

1、第5頁共10頁實驗五探究動能定理考綱解讀1.通過實驗探究力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系.2.通過分析論證和實驗探究的過程，培養(yǎng)實驗探究能力和創(chuàng)新精神.基礎(chǔ)回放要點整合回顧實瞳基本荽求掌握數(shù)據(jù)處理技巧和方法基本實驗要求1 .實驗?zāi)康模禾骄抗εc物體速度變化的關(guān)系.2. 實驗原理(1) 一根橡皮筋作用在小車上移動距離s做功為W.(2) 兩根橡皮筋作用在小車上移動距離s做功應(yīng)為2W.(3) 三根橡皮筋作用在小車上移動距離s做功應(yīng)為3W.(4) 利用打點計時器求出小車離開橡皮筋的速 度，列表、作圖，由圖象可以確定速度變化 與功的關(guān)系.3. 實驗器材：橡皮筋、小車、木板、打點計時 器、紙帶、鐵釘?shù)?4.

2、 實驗步驟(1) 墊高木板的一端，平衡摩擦力.規(guī)律方法總結(jié)1 .實驗注意事項(1) 將木板一端墊高，使小車的重力 沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡.方法是輕推小車，由打點計時 器打在紙帶上的點的均勻程度判斷 小車是否做勻速運動，找到長木板 的一個合適的傾角.(2) 測小車速度時，應(yīng)選紙帶上的點 均勻的部分，也就是選小車做勻速 運動的部分.(3) 橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的.力對小 車做的功以一條橡皮筋做的功為單 位即可，不必計算出具體數(shù)值.(4) 小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打 的點多一些.(2) 拉伸的橡皮筋對小車做功： 用一條橡皮筋拉小車一一做功W. 用兩條橡皮筋拉小車一一做功2W. 用三條橡皮筋拉

3、小車一一做功3W.(3) 測出每次做功后小車獲得的速度.(4) 分別用各次實驗測得的v和W繪制W- v 或W V、W v，、,圖象，直到明確得出W和v的關(guān)系.5.實驗結(jié)論：物體速度v與外力做功 W間的關(guān)系 W= ；mv1 2課堂探究-考點突破2.實驗探究的技巧與方法(1) 不直接計算 W和v的數(shù)值，而只 是看第2次、第3次,，實驗中的 W 和v是第1次的多少倍，簡化數(shù)據(jù)的測量和處理.(2) 做 W- v 圖象，或 W- v2、W v3 4 圖象，直到作出的圖象是一條傾斜的直線.先做后聽牡同探究規(guī)律方法考點一對實驗原理及誤差分析的考查例1探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，實驗裝

4、置如圖1所示，實驗主要過程如下：D. 根據(jù)記錄紙帶上打出的點，求小車獲得的速度的方法，是以紙帶上第一點到最后一 點的距離來進行計算解析 由于選用同樣的橡皮筋， 并且每次實驗中橡皮筋拉伸的長度相同，因此每條橡皮筋對小車做的功都相同，故A正確；小車在運動中受到的阻力，采取平衡摩擦力的方法補償，讓木板固定有打點計時器的一端適當抬高，使重力的下滑分力與阻力平衡，故B正確；紙帶上的點兩端密、中間疏，說明小車先在橡皮筋拉力作用下加速，后在阻力 作用下減速，故 C正確；由于橡皮筋松馳后，小車做勻速運動，此時的速度是橡皮筋 對小車做功后的最大速度， 故求速度應(yīng)該用做勻速運動的那一段紙帶的數(shù)據(jù)，而不應(yīng)該用從第一

5、點到最后一點的數(shù)據(jù)來計算，故D錯誤.答案 D考點二對實驗步驟和實驗數(shù)據(jù)處理的考查例2某探究學習小組的同學欲探究“恒力做功與物體動能變化的關(guān)系”，他們在實驗室組裝了一套如圖2所示的裝置，另外他們還找到打點計時器以及學生電源、天平、刻度尺、細線、復(fù)寫紙、紙帶、小桶和砂子若干.并將小車連接上紙帶，用細線通過滑輪掛上小 砂桶.（1）某同學的實驗步驟如下：用天平稱量小車的質(zhì)量 M和砂與小桶的總質(zhì)量 m.讓砂與小桶帶動小車加速運動，用打 點計時器記錄其運動情況， 在打點計時器打出的紙帶上取兩點，測出這兩點的間距為 L,算出打這兩點的速度 Vi與V2. 本實驗裝置圖（準備放開小車時刻）中有什么缺點或錯誤？

6、要完成本實驗，還缺哪些重要實驗步驟？ 本實驗認為小車所受合外力等于砂與小桶的總重力，則應(yīng)控制的實驗條件是什么？在實驗操作正確的前提下，若挑選的一條點跡清晰的紙帶如圖3所示，已知相鄰兩個點間的時間間隔為T,從A點到B、C、D、E、F點的距離依次為x、x2、x3、x4、x5,則由此可求得紙帶上由B點到E點所對應(yīng)的過程中，合外力對小車所做的功W=;該小車動能改變量的表達式為AEk =（結(jié)果用題中已知物理量的符號表示）；若滿足 ,則動能定理得證.» «1hi?cI1: /11£J11XiXj-1解析本題考查探究“恒力做功與物體動能變化的關(guān)系”的實驗，意在考查學生對該實驗的

7、理解.（1）由實驗過程以及實驗裝置圖可知，實驗裝置圖中細線與軌道平面應(yīng)平行；初始時刻，小車應(yīng)緊靠打點計時器；所缺步驟為：調(diào)節(jié)軌道的傾斜程度，使小車在無拉力時能在軌 道上勻速運動（或平衡摩擦力）；（2）由做功及動能變化量可知，W = mg（X4- x），止k = ；M （號送）2（券）2,只要滿足AFk,則動能定理得證.答案（1）細線與軌道平面應(yīng)平行；初始時刻，小車應(yīng)緊靠打點計時器調(diào)節(jié)軌道的傾斜程度，使小車在無拉力時能在軌道上勻速運動（或平衡摩擦力）M? m1 X5 - x3 2 ZX2 2 M2 2（2）mg（x4- X1） M）一（亓）或畀05 X3） X2 W Ek創(chuàng)新實驗設(shè)計1. 本實驗

8、中雖然不需計算出橡皮筋每次做功的具體數(shù)值，但需計算出每次小車獲得的速度，由于距離的測量存在一定誤差，使得速度的大小不準確，在此可以安裝速度傳感器進行 實驗.2.本實驗也可用鉤碼牽引小車完成，在小車上安裝拉力傳感器測出拉力的大小，再測出位移的大小，進而確定力做功的多少.3 一物理興趣小組用如圖4所示裝置測量滑塊與長為L=1 m的軌道之間的動摩擦因數(shù)以及探究滑塊在沿軌道向上運動時所受合力做功與動能變化的關(guān)系.光電門產(chǎn)光條 滑塊刻度尺光電門2（1）測量滑塊與軌道之間的動摩擦因數(shù).軌道上安裝有兩個光電門，其中光電門1的位置可移動.當一帶有寬度為d = 1 cm的遮光條的滑塊自軌道上滑下時，與兩個光電門

9、都相連的計時器可以顯示出遮光條通過光電門1、2所用的時間分別為 Ah、At2.使滑塊以一定初速度下滑，調(diào)節(jié)軌道右端距桌面的高度，最終使At1 =At2,并用米尺測量出軌道右端距桌面的高度 h= 25 cm;貝4滑塊與軌道之間的動摩擦因數(shù)廣;（2）探究滑塊在沿軌道向上運動時所受合力做功與動能變化的關(guān)系.撤掉光電門2,保持實驗（1）中h不變，在軌道右端安裝一光滑的定滑輪，用細繩連接滑塊與力傳感器（與電腦相連，其所受拉力可直接由電腦顯示 ），細線橫跨過定滑輪，傳感器連接一重物，如圖5所示，操作：遮光條與光電門1的距離x可從刻度尺上讀出， 通過改變光電門的位置，來獲得多組數(shù)據(jù)：每次均由軌道底端無初速度

10、釋放滑塊，與光電門相連的計時器顯示出每次遮光條通過光電門 1的所用的時間 儀，并做好記錄，如下表所示遮光條滑塊力椅感器重物光電門1圖5第一次第二次第三次第四次x(cm)10.022.650.062.4t(s)0.010 10.006 70.004 50.004 0v(m/s)0.991.502.24請你根據(jù)以上題干中及圖表內(nèi)的信息，求解第四次實驗中獲得的速度（保留三位有效數(shù)字）要驗證所受合力做功與動能變化的關(guān)系，還需要測出的物理量是（）A. 力學傳感器的質(zhì)量B. 滑塊與遮光條的質(zhì)量C. 重物的質(zhì)量D.滑塊每次從靜止開始滑到光電門所用的時間一位同學每次實驗得到力傳感器的數(shù)值都為19.8 N,并根

11、據(jù)以上表中數(shù)據(jù)做出了v2一x圖象，如圖6所示.根據(jù)圖象請你求出滑塊的質(zhì)量M =.（重力加速度g= 9.8m/s2)圖6答案 博 (2)2.50 m/s B 2 kg隨堂訓練-能力達標檢驗課堂效果 提升睥通能力1. 關(guān)于“探究動能定理”的實驗中，下列敘述正確的是()A. 每次實驗必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值B. 每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致C. 放小車的長木板應(yīng)盡量使其水平D. 先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出答案 D解析實驗中沒有必要測出橡皮筋做功的具體數(shù)值，只要測出后來各次橡皮筋做的功是第一次的多少倍即可，A錯誤；為了使以后各次實驗中橡皮筋做的功是第一次實驗

12、時的 整數(shù)倍，必須使每次實驗中橡皮筋拉伸的長度保持一致，B錯誤；為了減小誤差，實驗中應(yīng)使長木板傾斜以平衡摩擦力，C錯誤；實驗中應(yīng)先接通電源，然后再釋放小車，D正確.2. 某學習小組做“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗裝置如圖7所示.圖中小車在一條橡皮筋作用下彈出沿木板滑行，橡皮筋對小車做的功記為W.當用2條、3條,，完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次，實驗時，使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都完全相同.每次實驗中小車獲得的速度由打點計時器所打的紙帶求出.通過實驗數(shù)據(jù)分析可以得出功與物體速度變化的關(guān)系.打點計時器橡皮筋圖7(1) 實驗操作中需平衡小車受到的摩擦力，其最根本的目的是 .A.防

13、止小車不能被橡皮筋拉動B .保證橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功C. 便于小車獲得較大的彈射速度D. 防止紙帶上點跡不清晰(2) 如圖8是某同學在正確實驗操作過程中得到的一條紙帶，O、A、B、C、D、E、F為選取的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點間有一個點沒有畫出，各計數(shù)點到O點的距離分別為：0.87 cm、4.79 cm、8.89 cm、16.91 cm、25.83 cm、34.75 cm,若打點計時器的打點 頻率為50 Hz ,則由該紙帶可知本次實驗中橡皮筋做功結(jié)束時小車的速度是 m/s.1答案(1)B (2)2.23解析(1)平衡摩擦力的根本目的是保證橡皮筋對小車做的功等于小車動能的變化

14、，即合外力做的功；(2)由已知數(shù)據(jù)計算出相鄰兩點間的距離，可知 E點速度最大，此時小 車的動能等于橡皮筋做的功.3. 如圖9所示是某研究性學習小組做探究“橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系”的實驗，圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形.這時，橡皮筋對小車做的功記為W.當我們把2條、3條,，完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次,，實驗時，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放.小車每次實驗中獲得的速度由打點計時器所打點的紙帶測出.打疝計時器圖9(1) 除了圖中已給出的實驗器材外，還需要的器材有 ;(2) 實驗時為了使小車只在橡皮筋作用下運動，應(yīng)采取的措施是 (3) 每次實驗得到的紙帶上的

15、點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的 部分進行測量；(4) 下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄表，請將第2次、第3次,實驗中橡皮筋做的功填寫在對應(yīng)的位置；、數(shù)據(jù)物理量橡皮筋做的功10個間距的距離x(m)10個間距的時間T(s)小車狄得的速度Vn小車速度的平方V21W0.2000.220.2800.230.3000.240.4000.250.4500.2(5)從理論上講，橡皮筋做的功Wn和物體速度Vn變化的關(guān)系應(yīng)是 Wn ，請你根據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在如圖10所示的坐標系中作出相應(yīng)的圖象驗證理論的正確性.圖10(6)若在實驗中你作出的圖線與理論的推測不完全一致，你處理這種情況的做法是答案(1)

16、刻度尺(2)把木板的末端墊起適當高度以平衡摩擦力(3)點距均勻(4)2W、3W、4W、5W (5)v：圖象見解析圖(6)分析誤差來源，改進實驗方案或測量手段，重新進行實驗 解析(1)計算小車速度需要測量紙帶上的點的距離，要用刻度尺.(2) 要讓小車在木板上勻速運動，因而木板要傾斜以平衡摩擦力.(3) 小車勻速運動時，紙帶上的點的間隔均勻.(4) 橡皮筋每增加一條，對小車做的功就增加W.(5) 縱坐標表示速度的平方，橫坐標表示功，利用描點法描出各組數(shù)據(jù)對應(yīng)的點，然后用平滑曲線連線作出v2 Wn圖象，如圖所示.(6) 分析誤差來源，改進實驗方案或測量手段，重新進行實 驗.F、m之間的定量關(guān)系”的4

17、. (2013四川理綜8(2)如圖11所示，某組同學借用“探究 a與相關(guān)實驗思想、原理及操作，進行“研究合外力做功和動能變化的關(guān)系”的實驗: 為達到平衡阻力的目的， 取下細繩及托盤,通過調(diào)整墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做運動. 連接細繩及托盤，放入缺碼，通過實驗得到圖12所示的紙帶.紙帶上 。為小車運動起始時刻所打的點，選取時間間隔為0.1 s的相鄰計數(shù)點A、B、C、D、E、F、G.實驗時小車所受拉力為0.2 N,小車的質(zhì)量為0.2 kg.OABCbEFG l5.50cm-*2 l.tifcm*黑上牝m -= 36.7&Em15S73cm j66_T?+i

18、mi圖12請計算小車所受合外力做的功W和小車動能的變化AEk,補填表中空格（結(jié)果保留至小數(shù)點后第四位）.O- BOCO DO- EO- FW/J0.04320.05720.07340.0915AEk/J0.04300.05700.07340.0907分析上述數(shù)據(jù)可知：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)W= AEk,與理論推導結(jié)果一致. 實驗前已測得托盤質(zhì)量為7.7X 10 3kg,實驗時該組同學放入托盤中的缺碼質(zhì)量應(yīng)為kg（g取9.8 m/s2,結(jié)果保留至小數(shù)點后第三位 ）.答案 勻速直線（或勻速）0.111 5 0.110 5 0.015解析 取下細繩與托盤后，當摩擦力恰好被平衡時，小車與紙帶所受合力為

19、零，獲得初速度后應(yīng)做勻速直線運動. ，I一一_， 一 t 由題圖可知 OF = 55.75 cm,再結(jié)合v； = v可得打下計數(shù)點 F時的瞬時速度 Vf =oG - "OE 12T= 1.051 m/s2,故 W= F OF = 0.111 5 J, AEk= §MvF0.110 5 J. 根據(jù)牛頓第二定律有：對小車 F = Ma,得a= 1.0 m/s2;對托盤及石去碼（m+ m0）g f =（m + m°）a,故有 m= F m°= 02 kg 7.7X 10 3 kg = 0.015 kg g- a9.8- 1.05.為了 “探究動能改變與合外力做

20、功”的關(guān)系，某同學設(shè)計了如下實驗方案：第一步：把帶有定滑輪的木板有滑輪的一端墊起，把質(zhì)量為M的滑塊通過細繩與質(zhì)量為m的帶夾重錘跨過定滑輪相連，重錘夾后連一穿過打點計時器的紙帶，調(diào)整木板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板向下勻速運動，如圖13甲所示.第二步：保持長木板的傾角不變，將打點計時器安裝在長木板靠近滑輪處，取下細繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過打點計時器，然后接通電源，釋放滑塊，使之從 靜止開始向下加速運動，打出紙帶，如圖乙所示.打出的紙帶如圖丙所示.滑換辨部；嘲打點計時耕甲乙丙圖13請回答下列問題：(1) 已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計數(shù)點間的時間間隔為直,根據(jù)紙帶求滑塊速度，打點計時器打B點時滑塊速度Vb =.(2) 已知重錘質(zhì)量為 m,當?shù)氐闹亓铀俣葹?g,要測出某一過程合外力對滑塊做的功還必須測出這一過程滑塊 (寫出物理名稱及符號，只寫一個物理量)，合外力對滑塊做功的表達式 W合=.(3) 算出滑塊運