2019届高考物理总复习实验创新增分专题五探究功与速度变化的关系学案.docVIP

实验五　探究功与速度变化的关系 一、实验目的 1．通过实验探究外力做功与物体速度变化的关系。 2．通过分析实验数据，总结出外力做功与物体速度平方的正比关系。 二、实验原理 1．不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W、2W、3W、…。 2．由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出。这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据。 3．以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，分别以小车获得的速度v、v2、…为横坐标，作出W-v、W-v2、…曲线，分析这些曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系。 三、实验器材 小车(前面带小钩)、长木板(在两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器、纸带、学生电源、导线(若使用电火花计时器则不用学生电源)、5条同规格的橡皮筋及毫米刻度尺。 四、实验步骤 1．仪器安装： (1)按实验原理图将仪器安装好。 (2)平衡摩擦力：在长木板有打点计时器的一端下面垫一木块，反复移动木块的位置，直至小车上不挂橡皮筋时，轻推小车，纸带打出的点间距均匀，即小车能做匀速直线运动为止。 2．测量与记录： (1)先用1条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为W，将这一组数据记入表格。 (2)用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这时橡皮筋对小车做的功为2W，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格。 (3)用3条、4条、…橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格。 五、数据处理 1．求速度：实验获得如图所示纸带，利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离，如纸带上A、C两点间的距离x，则v＝(其中T为打点周期)。 2．记数据：计算W、2W、3W、…时对应v、v2的数值，填入表格。 3．作图象：在坐标纸上分别作出W-v和W-v2图线，从中找出功与速度变化的关系。 4．得结论：从图象分析外力对物体做功与物体速度变化的关系为Wv2。 六、误差分析 产生原因 减小方法 橡皮筋的长度、粗细不同 选择规格相同的橡皮条 摩擦力做功 平衡摩擦力适当 小车速度的测量误差 多次测量x，求平均值 七、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的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，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选对应小车做匀速直线运动状态的那段纸带。 3．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，不必计算出具体数值。 4．小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些。 考点1　基础实验 [例1]　某同学现要用图甲来“探究功与速度的关系”，打点计时器的打点频率为50 Hz，试分析下列问题： (1)完成下列部分实验步骤所缺的内容： 安装好实验器材，开始小车先不挂钩码，需要对小车进行____________的实验操作。 给小车挂上钩码进行实验。图乙是从多次实验中选出的一条纸带置于一透明刻度尺上。在纸带上选择起始点O及A、B、C、D、E、F七个计数点，可获得各计数点到O的距离s，由图乙读得O到C点的位移为s3＝________cm。 由图乙求出小车在各计数点的瞬时速度的大小v1、v2、…、v5，则在打点计时器打下C点时小车的速度为v3＝________m/s。 (2)由图乙可知小车在此次实验时的加速度大小为a＝________m/s2。 (3)计算出打点计时器打下A、B、…、E时小车瞬时速度的平方 v、…、v，然后分别求出v、…、v与v的差值Δv、Δv、…、Δv，最后计算出小车通过sAB、sBC、…、sDE的位移时钩码重力对小车做的功W1、W2、…、W4，最后得到了如图丙所示的Δv2-W图象。 通过图象可得到的结论是__________________________ ______________________________________________________。 (4)若图线的斜率k＝18，则小车的质量M＝________kg(结果保留三位有效数字)。 解析　(1)本实验在实验前首先要对小车进行平衡摩擦力的操作。 sAB＝s2－s1＝1.65 cm，sBC＝s3－s2＝s3－3.20， sDE＝s5－s4＝2.25 cm，sEF＝s6－s5＝2.45 cm。 根据匀变速直线运动规律Δs＝aT2知 sBC－sAB＝sEF－sDE，代入数据得s3＝5.05 cm。 由匀变速直线运动规律可得 vC＝＝ cm/s≈0.49 m/s。 (2)由逐差法可得 a＝＝ cm/s2≈1.15 m/s2。 (3)合外力对物体做的功等于物体动能的变化量。 (4)由动能定