高考物理一輪復(fù)習(xí)粵教版課件第五章機(jī)械能實(shí)驗(yàn)五

實(shí)驗(yàn)五探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系

誤差分析1.偶然誤差：測量長度時會帶來誤差。

減小誤差的辦法：(1)測距離時都應(yīng)從第一個計數(shù)點(diǎn)0量起；(2)多測幾次取平均值。2.系統(tǒng)誤差：實(shí)驗(yàn)中重物和紙帶下落過程中要克服阻力(主要是打點(diǎn)計時器的阻力)做功，故動能的增加量ΔEk必定稍小于重力做的功WG。

注意事項(xiàng)1.為減小誤差，應(yīng)重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)，從中挑選出打點(diǎn)清晰的一條紙帶進(jìn)行測量。2.應(yīng)盡可能減小各種阻力的影響，可采取如下措施： (1)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，以減小空氣阻力的影響。 (2)打點(diǎn)計時器必須穩(wěn)固安裝在鐵架臺上，并且兩個限位孔的中線要嚴(yán)格豎直，以減小紙帶所受的摩擦力。 (3)釋放前將紙帶拉至豎直且保證不與限位孔接觸以減小紙帶與限位孔間的摩擦。3.實(shí)驗(yàn)時必須是先接通電源，打點(diǎn)計時器正常工作后再放開紙帶讓重物下落。4.各點(diǎn)的速度不能用v＝gt來求解。熱點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)【例1】在利用打點(diǎn)計時器“探究外力做功與動能變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，如果紙帶上前面幾個點(diǎn)比較密集，不夠清晰，可舍去前面的比較密集的點(diǎn)，在后面取一段打點(diǎn)較為清晰的紙帶，同樣可以驗(yàn)證，如圖1所示，取O點(diǎn)為計時起點(diǎn)，各點(diǎn)的間距已量出并標(biāo)在紙帶上，所用交流電的頻率為50Hz，重物的質(zhì)量為m。(g取9.8m/s2)圖1(1)打A點(diǎn)時，重物下落速度為vA＝________，重物動能EkA＝________。(2)打F點(diǎn)時，重物下落速度為vF＝________，重物動能EkF＝________。(3)打點(diǎn)計時器自打出A點(diǎn)開始到打出F點(diǎn)，重物重力做功為________，動能的增加量為________。(4)根據(jù)紙帶上提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重物從打點(diǎn)計時器打出A點(diǎn)到打出F點(diǎn)的過程中，得到的結(jié)論是________________________________________。

(3)WG＝mghAF＝m×9.8×(2.79＋3.19＋3.58＋3.97＋4.37)×10－2J≈1.75mJ。ΔEk＝EkF－EkA＝2.60mJ－0.85mJ＝1.75mJ(4)因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)WG＝ΔEk，所以重力對物體做的功等于物體動能的變化。答案

(1)1.30m/s

0.85mJ

(2)2.28m/s

2.60m

J(3)1.75m

J

1.75mJ

(4)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)ΔEk＝WG，即重力對物體做的功等于物體動能的變化【變式訓(xùn)練1】在“探究外力做功與物體的動能變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中備有下列器材： A.打點(diǎn)計時器；B.天平；C.秒表；D.低壓交流電源；E.電池；F.紙帶；G.細(xì)線、砝碼、小車、砝碼盤；H.薄木板。 (1)其中多余的器材是________；缺少的器材是___________________________。 (2)測量時間的工具是________________；測量質(zhì)量的工具是________________。

(3)如圖2所示是打點(diǎn)計時器打出的小車(質(zhì)量為m)在恒力F作用下做勻加速直線運(yùn)動的紙帶，測量數(shù)據(jù)已用字母在圖中標(biāo)出，打點(diǎn)計時器的打點(diǎn)周期為T。請分析，利用這些數(shù)據(jù)能否驗(yàn)證動能定理？若不能，請說明理由；若能，請說出做法，并對這種做法做出評價。圖2解析

(1)計算小車的速度是利用打上點(diǎn)的紙帶，故不需要秒表；打點(diǎn)計時器應(yīng)使用低壓交流電源，故多余的器材是C、E；測量點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離要用毫米刻度尺，故缺少的器材是毫米刻度尺。(2)測量時間的工具是打點(diǎn)計時器；測量質(zhì)量的工具是天平。答案

(1)C、E毫米刻度尺(2)打點(diǎn)計時器天平(3)見解析

熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新1.裝置時代化【例2】

(2017·溫州模擬)如圖3所示，某同學(xué)在做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)小車在1條橡皮筋的作用下沿木板滑行時，橡皮筋對小車做的功記為W。當(dāng)用2條、3條……橡皮筋重復(fù)實(shí)驗(yàn)時，設(shè)法使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋所做的功分別為2W、3W…圖3(1)圖3中電火花計時器的工作電壓是________V的交流電。(2)實(shí)驗(yàn)室提供的器材如下：長木板、小車、橡皮筋、電火花計時器、紙帶、電源等，還缺少的測量工具是________。(3)圖3中小車上有一固定小立柱，如圖4中給出了4種橡皮筋與小立柱的套接方式，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，你認(rèn)為最合理的套接方式是________。(4)在正確操作的情況下，某次實(shí)驗(yàn)所打的紙帶如圖5所示。打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測量橡皮筋做功后小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的________部分進(jìn)行測量(根據(jù)紙帶中字母回答)，小車獲得的速度是________m/s。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)圖5解析(1)電火花計時器的工作電壓是220V的交流電。(2)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時需要測量兩計數(shù)點(diǎn)間的距離，因此還需要的器材是刻度尺。(3)橡皮筋最合理的套接方式是A，以A的方式套接釋放小車后，橡皮筋不會影響小車的運(yùn)動。答案

(1)220

(2)刻度尺(3)A

(4)GJ

0.65【例3】

(2017·北京理綜，21)如圖6所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運(yùn)動，打點(diǎn)計時器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動情況。利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實(shí)驗(yàn)。圖6(1)打點(diǎn)計時器使用的電源是________(選填選項(xiàng)前的字母)。A.直流電源

B.交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是________(選填選項(xiàng)前的字母)。A.把長木板右端墊高

B.改變小車的質(zhì)量在不掛重物且________(選填選項(xiàng)前的字母)的情況下，輕推一下小車。若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其它阻力的影響。A.計時器不打點(diǎn)

B.計時器打點(diǎn)

(3)接通電源，釋放小車，打點(diǎn)計時器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，將打下的第一個點(diǎn)標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個計數(shù)點(diǎn)，已知相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為T，測得A、B、C……各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1、x2、x3……，如圖7所示。圖7實(shí)驗(yàn)中，重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg，從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，拉力對小車做的功W＝________，打B點(diǎn)時小車的速度v＝________。(4)以v2為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出如圖8所示的v2－W圖象。由此圖象可得v2隨W變化的表達(dá)式為________。根據(jù)功與能的關(guān)系，動能的表達(dá)式中可能包含v2這個因子，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是________。圖8(5)假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其它阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，下圖中正確反映v2－W關(guān)系的是________。解析

(1)打點(diǎn)計時器使用交流電源。(2)平衡摩擦力的方法為將木板一端墊高，使得重力沿木板方向的分力與所有阻力(包括打點(diǎn)過程中的阻力)平衡，使小車做勻速直線運(yùn)動；判斷小車做勻速直線運(yùn)動是根據(jù)紙帶上相鄰點(diǎn)間的距離相等判定，故需計時器打點(diǎn)?！咀兪接?xùn)練2】某校物理興趣小組利用如圖9所示裝置探究合力做功與動能變化的關(guān)系。在滑塊上安裝一遮光條，系輕細(xì)繩處安裝一拉力傳感器(可顯示出輕細(xì)繩的拉力)，把滑塊放在水平氣墊導(dǎo)軌上A處，細(xì)繩通過定滑輪與鉤碼相連，光電門安裝在B處。氣墊導(dǎo)軌充氣，將滑塊從A位置由靜止釋放后，拉力傳感器記錄的讀數(shù)為F，光電門記錄的時間為Δt。圖9(1)用螺旋測微器測量遮光條的寬度，如圖10所示，則寬度為__________mm。圖10(3)若正確選擇橫坐標(biāo)所代表的物理量后，得出線性變化圖象的斜率為k，且已經(jīng)測出A、B之間的距離為s，遮光條的寬度為d，則滑塊質(zhì)量(含遮光條和拉力傳感器)的表達(dá)式為M＝__________。解析(1)根據(jù)螺旋測微器讀數(shù)規(guī)則，遮光條的寬度d＝2.5mm＋0.058mm＝2.558mm。1.某學(xué)習(xí)小組在“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中采用了如圖11所示的實(shí)驗(yàn)裝置。

圖11(1)將氣墊導(dǎo)軌接通氣泵，通過調(diào)平螺絲調(diào)整氣墊導(dǎo)軌使之水平，檢查是否調(diào)平的方法是____________________________________________________________。(2)如圖12示，游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度Δd＝________cm。實(shí)驗(yàn)時，將橡皮條掛在滑塊的掛鉤上，向后拉伸一定的距離，并做好標(biāo)記，以保證每次拉伸的距離恒定。現(xiàn)測得掛一根橡皮條時，滑塊彈離橡皮條后，經(jīng)過光電門的時間為Δt，則滑塊最后勻速運(yùn)動的速度表達(dá)式為________(用字母表示)。圖12(3)逐根增加橡皮條，記錄每次遮光條經(jīng)過光電門的時間，并計算出對應(yīng)的速度。則畫出的W－v2圖象應(yīng)是____________________________。解析(1)檢查導(dǎo)軌是否水平的方法：將滑塊輕放在氣墊導(dǎo)軌上，看其是否滑動(或?qū)⒒瑝K輕放在氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊看是否勻速運(yùn)動)。(2)Δd＝5mm＋0.05mm×10＝5.50mm＝0.550cm2.為了“探究動能改變與合外力做功的關(guān)系”，某同學(xué)設(shè)計了如下實(shí)驗(yàn)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(xì)繩與質(zhì)量為m的帶夾子的重錘跨過定滑輪相連，重錘下連一穿過打點(diǎn)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(yùn)動，如圖13甲所示。

第二步：保持長木板的傾角不變，將打點(diǎn)計時器安裝在長木板靠近滑輪處，取下細(xì)繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過打點(diǎn)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(yùn)動，打出紙帶，如圖乙所示。打出的紙帶如圖丙所示。

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(diǎn)間的時間間隔為Δt，根據(jù)紙帶求滑塊運(yùn)動的速度，打點(diǎn)計時器打B點(diǎn)時滑塊運(yùn)動的速度vB＝________。(2)已知重錘質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，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____________(寫出物理量名稱及符號，只寫一個物理量)，合外力對滑塊做功的表達(dá)式W合＝________。(3)算出滑塊運(yùn)動OA、OB、OC、OD、OE段合外力對滑塊所做的功W以及在A、B、C、D、E各點(diǎn)的速度v，以v2為縱軸、W為橫軸建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)作出v2－W圖象，可知該圖象是一條____________，根據(jù)圖象還可求得____________。3.(2017·江蘇單科，10)利用如圖14所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系。小車的質(zhì)量為M＝200.0g，鉤碼的質(zhì)量為m＝10.0g，打點(diǎn)計時器的電源為50Hz的交流電。圖14(1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到________________________________________________________。(2)掛上鉤碼，按實(shí)驗(yàn)要求打出的一條紙帶如圖15所示。選擇某一點(diǎn)為O，依次每隔4個計時點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)。用刻度尺量出相鄰計數(shù)點(diǎn)間的距離Δx，記錄在紙帶上。計算打出各計數(shù)點(diǎn)時小車的速度v，其中打出計數(shù)點(diǎn)“1”時小車的速度v1＝________m/s。圖15W/×10－3J2.452.923.353.814.26ΔEk/×