【导与练】2017年高考四川专用一轮复习 第4章实验5 研究合外力做功和动能变化的关系.ppt

实验五　 研究合外力做功和动能变化的关系 误差分析 1．若忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力会对实验结果产生影响。 2．实验中，由于钩码质量远小于小车质量，可认为绳子对小车的拉力F大小等于钩码重力mg。但实际情况是：钩码向下的运动是加速运动，mg－F＝ma，所以F＜mg。F与mg的差别在钩码质量偏大时会对实验结果产生影响。 3．测量纸带上各点之间的距离时会产生误差。 注意事项 (1)平衡摩擦力。用砝码和小盘的重力对小车提供恒定拉力，研究这个拉力做功与小车动能变化的关系，小车和纸带在运动中所受的阻力就要消除。采用把木板的一端垫高，用小车重力的分力和阻力平衡的方法来等效消除阻力的影响。 (2)尽量减小小车的加速度。因为砝码和小盘拉着小车加速运动时，小车受到的拉力小于砝码和小盘的总重力。为减小这一系统误差，应使小车的加速度尽量小，也就是实验中必须满足砝码和小盘的总质量远小于小车的质量。 [例1]　[(2014·天津理综，9(2)]某同学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1所示。 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 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)　②D　③可在小车上加适量的砝码(或钩码)　④CD [变式训练] 1．在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图2)： ①下列说法哪一项是正确的________。(填选项前字母) A．平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上 B．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量 C．实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放 ②图3是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O、A、B、C计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，则打B点时小车的瞬时速度大小为_________ m/s(保留三位有效数字)。 答案　①C　②0.653 [例2]　[2013·四川理综·8(2)]如图4所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验： ①为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做________运动。 ②连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图5所示的纸带。纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1 s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G.实验时小车所受拉力为0.2 N，小车的质量为0.2 kg。 请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化ΔEk，补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)。 分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内W＝ΔEk，与理论推导结果一致。 ③实验前已测得托盘质量为7.7×10－3kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为_____kg(g取9.8 m/s2，结果保留至小数点后第三位)。 答案　①匀速直线(或匀速)　②0.111 5　0.110 5 ③0.015 [变式训练] 2．某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”设计了如下实验，他的操作步骤如下： (1)按如图6所示安装好实验装置，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f＝50 Hz)，打出一条纸带。 (3