2024年高考物理一轮复习第6章机械能及其守恒定律实验专题五第29讲探究功与速度变化的关系学案含解析.docVIP

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第29讲探究功与速度变更的关系

一、试验目的

1．通过试验探究外力做功与物体速度变更的关系。

2．通过分析试验数据，总结出外力做功与物体速度平方的正比关系。

二、试验器材

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)、木块、打点计时器、纸带、学生电源(若运用电火花计时器则不用学生电源)、导线、5条同规格的橡皮筋及毫米刻度尺。

考点一试验原理与操作

一、试验原理

1．不是干脆测量对小车做功，而是通过变更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关系。

二、试验步骤

1．仪器安装

(1)按试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，纸带打出的点间距匀称，即小车能做匀速直线运动为止。

2．测量与记录

(1)先用1条橡皮筋做试验，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条橡皮筋做试验，试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、…橡皮筋做试验，用同样的方法测出功和速度，记入表格。

三、留意事项

1．平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车重力沿斜面对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匀称程度推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，纸带上的点应选匀称部分的，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，不必计算出详细数值。

4．小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些。

四、试验方案二

如图，由重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物大许多时，可以把重物所受的重力当做小车受到的牵引力。小车运动的距离可以由纸带测出。变更重物的质量或者变更小车运动的距离，也就变更了牵引力做的功。

某学习小组做“探究合力做的功和物体速度变更的关系”的试验，图中小车是在1条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时橡皮筋对小车做的功记为W。当用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……试验时，使每次试验中橡皮筋伸长的长度都保持一样，每次试验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。

(1)除了图中已有的试验器材外，还须要导线、开关、________(填测量工具)和________(选填“沟通”或“直流”)电源。

(2)试验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力，则下面操作正确的是________。

A．放开小车，能够自由下滑即可

B．放开小车，能够匀速下滑即可

C．放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可

D．放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可

(3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是________。

A．橡皮筋处于原长状态

B．橡皮筋仍处于伸长状态

C．小车在两个铁钉的连线处

D．小车已过两个铁钉的连线

(4)在正确操作状况下，打在纸带上的点并不都是匀称的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的________部分进行测量(依据下面的纸带回答)。

解析(1)本试验须要测量纸带上的点间距离，要运用刻度尺；打点计时器运用的是沟通电。

(2)试验中可以适当抬高木板一侧来平衡摩擦阻力，受力平衡时，小车应做匀速直线运动，所以正确的做法是：放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可，故A、B、C错误，D正确。

(3)若木板水平放置，对小车受力分析可知，小车速度最大时小车受到的合力为零，即小车受到的橡皮筋的拉力与摩擦力相等，此时橡皮筋处于伸长状态，故小车在两个铁钉的连线的左侧，尚未到达两个铁钉的连线处，A、C、D错误，B正确。

(4)在正确操作状况下，橡皮筋复原原长后，小车做匀速直线运动，在相等时间内的位移相等，此时小车获得的速度最大，要测量小车的最大速度，应选用纸带上点迹匀称的部分，如GK段。

答案(1)刻度尺沟通(2)D(3)B(4)GK

方法感悟

(1)本试验中对小车做的功应当为合力做的功，试验中采纳将木板倾斜的方法，使重力对小车做的功抵消摩擦力对小车做的功，则橡皮筋对小车的拉力做的功即合力对小车做的功。

(2)推断摩擦力是否