浙江省2017年高考物理三轮冲刺实验7探究做功与物体速度变化的关系课件

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步骤三:测量相关数据,进行数据处理。 (1)为求出小物块抛出时的动能,需要测量下列物理量中的( )。 A.小物块的质量m B.橡皮筋的原长x C.橡皮筋的伸长量Δx D.桌面到地面的高度h E.小物块抛出点到落地点的水平距离L (2)将几次实验中橡皮筋对小物块做功分别记为W1、W2、 W3……小物块抛出点到落地点的水平距离分别记为L1、L2、 L3……若功与速度的二次方成正比,则应以W为纵坐标、 为横坐标作图,才能得到一条直线。 (3)由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略,则由此引起的误差属 于 (选填“偶然误差”或“系统误差”)。
实验(7):探究做功与物体速度变化的关系
一、实验原理图
方案一
方案二
二、基本实验要求 1.实验目的 (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)通过实验数据分析,总结出做功与物体速度二次方的正比关 系。 2.实验原理 方案一:由重物提供牵引力 如图,由重物通过滑轮牵引小车,当小车的质量比重物大得多时, 可以把重物所受的重力当作小车受到的牵引力,小车运动的距离可 以由纸带测出,改变重物的质量或者改变小车运动的距离,也就改 变了牵引力做的功。
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典例3某同学为探究“合力做功与物体速度变化的关系”,设计 了如下实验,他的操作步骤是: ①按图摆好实验装置,其中小车质量M=0.20 kg,钩码总质量 m=0.05 kg。
②释放小车,然后接通打点计时器的电源(电源频率为f=50 Hz),
打出一条纸带。考点1Fra bibliotek考点2
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(1)他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条,如下 图所示。把打下的第一点记作0,然后依次取若干个计数点,相邻计 数点间还有4个点未画出,用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分 别为d1=0.004 m,d2=0.055 m,d3=0.167 m,d4=0.256 m,d5=0.360 m,d6=0.480 m……他把钩码重力(g取9.8 m/s2)作为小车所受合力算 出打下0点到打下第5点合力做功W= J(结果保留三位有 效数字),打下第5点时小车的速度v5= m/s(结果保留三位 有效数字)。
5.数据处理 图象法处理实验数据,探究做功与物体速度变化的关系。 6.注意事项 (1)平衡摩擦力:为防止摩擦力对实验的影响,我们应设法排除摩 擦力的影响,可将木板一端垫高,使重力沿斜面方向的分力与摩擦 力平衡,从而消除摩擦力的影响。判断已平衡掉摩擦力的方法是轻 推一下小车,观察到小车不受其他力时能在木板上匀速运动。 (2)在方案二中,我们用2根、3根……相同的橡皮筋进行第2次、 第3次……实验,每次实验时使小车从同一地点静止释放,使橡皮筋 伸长的长度保持一致。 (3)在方案二中,打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均 匀,应选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度,因为这一段是 橡皮筋对小车做功完毕时的情形。
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解析: (1)打点计时器只能用电压为4~6 V的交流电源供电,选项A 错误;实验中使用的若干根橡皮筋的原长必须相等,否则实验误差 太大,甚至出现错误,选项B错误;每次实验都应使小车从同一位置 由静止弹出,才能保证橡皮筋的形变量相同,选项C正确;利用图象 可以减小实验误差,能更直观地反映出合力做功与物体速度变化的 关系,选项D正确。(2)由图及所给数据可知小车一定在BC间获得最 ������������ v = =0.83 m/s。 max 大速度,所以 ������ 答案: (1)CD (2)0.83
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(2)此次实验探究的结果,他没能得到“合力对物体做的功W∝v2” 的结论,且误差很大。通过反思,他认为产生误差的原因如下,其中 正确的是 。 A.钩码质量太大,使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太 多 B.没有平衡摩擦力,使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大 太多 C.释放小车和接通电源的次序有误,使得动能增量的测量值比真 实值偏小 D.没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的 重要原因
小车在橡皮筋拉力作用下做的不是匀变速直线运动,故D错。
(2)该实验中小车的质量、橡皮筋的伸长量及长木板的倾角都不需要测量, 故选 D。 (1)C (2)D 解析
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答案
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考点2实验数据处理 典例2
“探究弹力做功与速度变化的关系”的实验装置如图所示,当小 车在两条橡皮筋作用下弹出时,橡皮筋对小车做的功记为W0。当用 4条、6条、8条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3 次、第4次……实验时,橡皮筋对小车做的功记为2W0、3W0、 4W0……每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度均可由打 点计时器所打的纸带测出。
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(2)如图给出了某次在正确操作情况下打出的纸带,从中截取了测 量物体最大速度所用的一段纸带,测得O点到A、B、C、D、E各点 的距离分别为OA=5.65 cm,OB=7.12 cm,OC=8.78 cm,OD=10.40 cm,OE=11.91 cm。已知相邻两点时间间隔为0.02 s,则小车获得的 最大速度vmax= m/s。
方案二: (1)选择确定本实验的探究方案。 (2)平衡摩擦力:在长木板有打点计时器的一端下面垫一块小木板, 反复移动小木板的位置,直至小车不受牵引时,纸带打出的点间距均匀。 (3)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,接通打点计时器的电源, 释放小车。 (4)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。 (5)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。 (6)根据记录的W、v数据,在坐标纸上作出合适的图象。 (7)整理实验器材。
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考点1实验原理和操作 典例1如图所示,在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中, (1)下列说法正确的是 。
A.为减小实验误差,长木板应水平放置 B.实验中需要算出橡皮筋做功的具体数值 C.通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍 增加 D.小车在橡皮筋拉力作用下做匀加速直线运动,当橡皮筋恢复原 长后,小车做匀速运动
方案二:由橡皮筋提供牵引力 如图,第一次使小车在一根橡皮筋作用下弹出。第二次、第三 次……操作时分别改用2根、3根……同样的橡皮筋,并使小车从同 样的位置被弹出,那么橡皮筋对小车做的功一定是第一次的2倍、3 倍……测出小车被弹出后的速度,能够找到牵引力对小车做的功与 小车速度变化的关系。 3.实验器材 方案一: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、铁钉等。
(5)如图所示,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。
(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。
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解析: (1)根据题意物体所受合外力为:F=mg=0.05×9.8=0.49 N, 根据功的定义可知:W=Fd5=0.176 J;根据匀变速直线运动中时间中 点的瞬时速度等于该过程中的平均速度,可以求出第5个点的速度 ������ 6 -������ 4 0.480 -0.256 v = = m/s=1.12 m/s。 大小为: 5 2������ 2× (5×0.02) (2)设绳子上拉力为F,根据牛顿第二定律有:对小车:F=Ma①;对 ������������������ ������������ F= = 钩码:mg-F=ma②;可得 ������ +������ ������ +1 ,由此可知当M≫m时,钩码的 ������ 重力等于绳子的拉力,因此当钩码质量太大时,会造成较大误差,故 A正确;实验中要进行平衡摩擦力操作,若没有平衡摩擦力直接将钩 码重力做的功当做小车合外力做的功,会造成较大误差,故B正确; 释放小车和接通电源的顺序有误,影响打点多少,不一定会使动能 的测量值偏小,故C错误;距离的测量产生的误差不是该实验产生的 主要误差,故D错误。 答案: (1)0.176 1.12 (2)AB
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(2)用该装置实验时,不可缺少的操作是 A.测出小车的质量 B.测出橡皮筋的伸长量 C.用量角器测出长木板的倾角 D.改变橡皮筋条数后将小车从同一位置释放
。
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(1)为使橡皮筋做的功为合力的功,必须平衡摩擦力,故A错;本实验用橡皮 筋对小车做功的整数倍来进行研究,故B项错,C项正确;橡皮筋的力是变力,
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考点3误差与实验创新设计 典例4某同学利用如图所示的装置探究功与速度变化的关系。
步骤一:小物块在橡皮筋的作用下弹出,沿水平桌面滑行,之后平 抛落至水平地面上,落点记为M1; 步骤二:在钉子上分别套上2条、3条、4条……同样的橡皮筋,使 每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致,重复步骤一,小物块落点分别 记为M2、M3、M4……
4.实验步骤 方案一: (1)用天平测出重物的质量m(m≪M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,恰能使小车在木板上 做匀速直线运动为止。 (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。