(浙江选考)2020版高考物理一轮复习第5章机械能实验5探究做功与物体速度变化的关系学案.doc
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1、1实验 5 探究做功与物体速度变化的关系考纲解读 (1)通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系。(2)体会探究的过程和所用的方法。 实验原理为了探究功与速度变化的关系,需要测量功和初、末两个状态的速度。在方案一中,功的大小等于小车所受的合力与小车位移的乘积,当悬挂重物的质量远小于小车质量及小车所受的阻力已被平衡时,功的大小约等于重物重力与小车位移的乘积。在方案二中,不需要测量功的具体数值,分别用 1 根、2 根、3 根相同的橡皮筋时,橡皮筋对小车做功的大小分别是 W、2 W、3 W。这两种方案中,小车获得的速度都可利用打点计时器测量,然后通过图象法找出功与速度变化的关系。 实验器材方案
2、一:重物(小盘中放砝码或砂桶中盛砂)、打点计时器、小车、纸带、复写纸、电源、导线、刻度尺、一端带有滑轮的长木板、带小钩的细线、坐标纸、薄木板等。方案二:橡皮筋若干根(材质、长短、粗细均相同)、打点计时器、小车、纸带、复写纸、电源、导线、刻度尺、木板、铁钉、坐标纸等。 实验步骤方案一:(1)用天平测出重物的质量 m(mM 车 ),将数据记录在表中。(2)将打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,纸带的一端夹在小车后端,另一端穿过打点计时器。将长木板安装有打点计时器的一端适当垫高,调整高度,直至轻推小车后,恰能使小车拖着纸带在木板上做匀速运动为止。(3)在小车前系好细线并通过滑轮挂上重物。将小车置
3、于靠近打点计时器处。接通打点计时器电源,释放小车。(4)改变重物质量,重做上述实验。2(5)如图 1 所示,将纸带上的第一个点记为计数点 O,再在纸带的后端选择连续的 5 个打印点分别记为计数点 1、2、3、4、5。分别测出计数点 1、2、3、4、5 至计数点 O 的距离(即小车的位移 l),并利用打上点的纸带,测出打各计数点时小车的速度 v,将实验数据记录在表中。图 1(6)将计算得到的功 W 记录在表格中。(7)根据记录的 W、 v 数据,在坐标纸上作出合适的图象。两次实验可以在同一坐标系中作出两条图线。(8)整理实验器材。方案二:(1)将打点计时器固定在长木板的一端,纸带的一端夹在小车后
4、端,另一端穿过打点计时器。将长木板安装有打点计时器的一端适当垫高,调整高度,直至轻推小车后,恰能使小车拖着纸带在长木板上匀速运动为止。(2)将橡皮筋的一端固定在长木板前端的铁钉上,另一端固定在小车前端的钩子上。将小车置于靠近打点计时器处,记下小车的位置。接通打点计时器的电源,释放小车。(3)用 2 根、3 根、4 根、5 根相同的橡皮筋分别代替 1 根橡皮筋重做实验,保证每次释放小车的位置相同,即橡皮筋被拉长的长度相同。(4)在上述实验中打出的 5 条纸带上分别找出小车近似做匀速运动的点,并分别求出匀速运动时的速度 v,将实验数据记录在表中。(5)根据记录的 W、 v 数据,在坐标纸上作出合适
5、的图象。(6)整理实验器材。 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,纸带上的点应选点迹均匀的部分,也就是选小车做匀速运动状态的部分。3.方案二中橡皮筋的功不需测量,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。方案一中需要利用绳拉力近似等于所挂钩码重力,然后乘以小车经过位移计算。4.小车质量应大一些,使纸带上打的点多一些。5.方案一中要保证所挂钩码质量远远小于小车的质量。3热点一 教材原型实验【例 1】 某同学
6、把附有滑轮的长木板平放在实验桌上,将细绳一端拴在小车上,另一端绕过定滑轮,挂上适当的钩码,使小车在钩码的牵引下运动,以此定量“探究绳拉力做功与小车动能变化的关系” 。此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图 2 所示。图 2(1)若要完成该实验,必需的实验器材还有_。(2)实验开始时,他先调节木板上定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与木板平行。他这样做的目的是下列的哪个_(填字母代号)。A.避免小车在运动过程中发生抖动B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C.可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩
7、擦力后,当他用多个钩码牵引小车时,发现小车运动过快,致使打出的纸带上点数较少,难以选到合适的点计算小车速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下,请你利用本实验的器材提出一个解决方法:_。(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功,经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一情况可能是下列哪些原因造成的_(填字母代号)。A.在接通电源的同时释放了小车B.小车释放时离打点计时器太近C.阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D.钩码做匀加速运动,钩码重力大于细绳拉力解析 (1)根据实验原理可知,需要验证 mgx Mv2,同时根据运动学规律可知,此实验中12需要测量钩码质量、小车质量和位移,
8、故还需要的器材有:刻度尺和天平;(2)分析小车受力可知,在平衡摩擦力的基础上,使细绳与木板平行是为了让细绳的拉力充当小车所受合4外力,故选项 D 正确;(3)纸带上打出的点较少,说明小车的加速度过大(即小车过快),故可知减小钩码质量或增加小车质量(在小车上加上适量的砝码);(4)在此实验中,根据牛顿第二定律可知,钩码的重力大于细绳的拉力,而实验中用重力代替拉力会导致拉力做功大于小车动能增量;如果实验未平衡或未完全平衡摩擦力也会导致拉力做功大于动能增量,故选项 C、D 正确。答案 (1)刻度尺、天平(包括砝码) (2)D (3)可在小车上加适量的砝码(或钩码) (4)CD热点二 实验拓展创新1.
9、装置时代化52.求解智能化(1)摩擦阻力问题:靠小车重力的下滑分力平衡摩擦力自由下落阻力减少气垫导轨减少摩擦力。(2)速度的测量方法:匀速运动速度测量纸带上各点速度光电门 v 速度传感器d t直接显示速度大小。【例 2】 某校物理兴趣小组利用如图 3 所示装置“探究合力做功与动能变化的关系” 。在滑块上安装一遮光条,系轻细绳处安装一拉力传感器(可显示出轻细绳的拉力),把滑块放在水平气垫导轨上 A 处,细绳通过定滑轮与钩码相连,光电门安装在 B 处。气垫导轨充气,将滑块从 A 位置由静止释放后,拉力传感器记录的读数为 F,光电门记录的时间为 t。图 3(1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度 2.58
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