（浙江專(zhuān)版）2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)7 探究做功與物體速度變化的關(guān)系學(xué)案

《（浙江專(zhuān)版）2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)7 探究做功與物體速度變化的關(guān)系學(xué)案》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《（浙江專(zhuān)版）2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)7 探究做功與物體速度變化的關(guān)系學(xué)案（8頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 實(shí)驗(yàn)7　探究做功與物體速度變化的關(guān)系(必考) [考綱解讀]　(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究力對(duì)物體做的功與物體速度變化的關(guān)系。(2)體會(huì)探究的過(guò)程和所用的方法。 實(shí)驗(yàn)原理 為了探究功與速度變化的關(guān)系，需要測(cè)量功和初、末兩個(gè)狀態(tài)的速度。在方案一中，功的大小等于小車(chē)所受的合力與小車(chē)位移的乘積，當(dāng)懸掛重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量及小車(chē)所受的阻力已被平衡時(shí)，功的大小約等于重物重力與小車(chē)位移的乘積。在方案二中，不需要測(cè)量功的具體數(shù)值，分別用1根、2根、3根…相同的橡皮筋時(shí)，橡皮筋對(duì)小車(chē)做功的大小分別是W、2W、3W…。這兩種方案中，小車(chē)獲得的速度都可利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量，然后通過(guò)圖象法找出功與速度變化的關(guān)系。

2、 實(shí)驗(yàn)器材 方案一：重物(小盤(pán)中放砝碼或砂桶中盛砂)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車(chē)、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、電源、導(dǎo)線(xiàn)、刻度尺、一端帶有滑輪的長(zhǎng)木板、帶小鉤的細(xì)線(xiàn)等。 方案二：橡皮筋若干根(材質(zhì)、長(zhǎng)短、粗細(xì)均相同)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車(chē)、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、電源、導(dǎo)線(xiàn)、刻度尺、木板、鐵釘?shù)取? 實(shí)驗(yàn)步驟 方案一： (1)用天平測(cè)出重物的質(zhì)量m(m?M車(chē))，將數(shù)據(jù)記錄在表中。 (2)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒(méi)有滑輪的一端，紙帶的一端夾在小車(chē)后端，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。將長(zhǎng)木板 安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)墊高，調(diào)整高度，直至輕推小車(chē)后，恰能使小車(chē)在木板上做勻速運(yùn)動(dòng)為止。 (3)在小車(chē)前系好細(xì)線(xiàn)并通過(guò)滑輪掛

3、上重物。將小車(chē)置于靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處。接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，釋放小車(chē)。 (4)改變重物質(zhì)量，重做上述實(shí)驗(yàn)。 (5)如圖所示，將紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)記為計(jì)數(shù)點(diǎn)O，再在紙帶的后端選擇連續(xù)的5個(gè)打印點(diǎn)分別記為計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5。分別測(cè)出計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5至計(jì)數(shù)點(diǎn)O的距離(即小車(chē)的位移l)，并利用打上點(diǎn)的紙帶，測(cè)出打各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車(chē)的速度v，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表中。 (6)將計(jì)算得到的功W記錄在表格中。 (7)根據(jù)記錄的W、v數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上作出合適的圖象。兩次實(shí)驗(yàn)可以在同一坐標(biāo)系中作出兩條圖線(xiàn)。 (8)整理實(shí)驗(yàn)器材。 方案二： (1)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板的一端，紙帶的一端夾在小

4、車(chē)后端，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。將長(zhǎng)木板安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)墊高，調(diào)整高度，直至輕推小車(chē)后，恰能使小車(chē)在長(zhǎng)木板上勻速運(yùn)動(dòng)為止。 (2)將橡皮筋的一端固定在長(zhǎng)木板前端的鐵釘上，另一端固定在小車(chē)前端的鉤子上。將小車(chē)置于靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，記下小車(chē)的位置。接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，釋放小車(chē)。 (3)用2根、3根、4根、5根相同的橡皮筋分別代替1根橡皮筋重做實(shí)驗(yàn)，保證每次釋放小車(chē)的位置相同，即橡皮筋被拉長(zhǎng)的長(zhǎng)度相同。 (4)在上述實(shí)驗(yàn)中打出的5條紙帶上分別找出小車(chē)近似做勻速運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)，并分別求出勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度v，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表中。 (5)根據(jù)記錄的W、v數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上作出合適的圖象。 (

5、6)整理實(shí)驗(yàn)器材。 考點(diǎn)一　實(shí)驗(yàn)原理和操作 1.平衡摩擦力：實(shí)驗(yàn)中的小車(chē)不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力對(duì)小車(chē)做負(fù)功，我們研究的是小車(chē)合外力的功與物體速度的關(guān)系，應(yīng)設(shè)法排除摩擦力的影響，可采用將木板一端墊高的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。將木板一端墊高，使重力沿斜面方向的分力與摩擦力平衡，就能消除摩擦力的影響。判斷已平衡掉摩擦力的方法是輕推一下小車(chē)，觀(guān)察到小車(chē)不受其他力時(shí)能在木板上勻速運(yùn)動(dòng)，即表明摩擦力已平衡。 2.在方案二中，我們用2根、3根…相同的橡皮筋進(jìn)行第2次、第3次…實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)使小車(chē)從同一地點(diǎn)靜止釋放，使橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都應(yīng)保持一致。 3.在方案二中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上相鄰

6、各點(diǎn)的間距并不均勻，應(yīng)選間距均勻的那一段紙帶來(lái)計(jì)算小車(chē)的速度，因?yàn)檫@一段是橡皮筋對(duì)小車(chē)做功完畢時(shí)的情形。 1.在用如圖所示的裝置做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是________。 A.為了平衡摩擦力，實(shí)驗(yàn)中可以將長(zhǎng)木板的左端適當(dāng)墊高，使小車(chē)?yán)┻^(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶自由下滑時(shí)能保持勻速運(yùn)動(dòng) B.為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的規(guī)格要相同，拉伸的長(zhǎng)度要一樣 C.可以通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)來(lái)改變拉力做功的數(shù)值 D.可以通過(guò)改變小車(chē)的質(zhì)量來(lái)改變拉力做功的數(shù)值 E.實(shí)驗(yàn)中要先釋放小車(chē)再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 F.通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車(chē)加速過(guò)程中獲得的最大

7、速度 G.通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車(chē)加速過(guò)程中獲得的平均速度 解析　左端墊高利用小車(chē)的重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡來(lái)滿(mǎn)足橡皮筋做功是合力功。實(shí)驗(yàn)中要求橡皮筋規(guī)格相同，拉伸長(zhǎng)度相同即每個(gè)橡皮筋做功相等，所以只要通過(guò)改變橡皮筋條數(shù)就可以改變做功的數(shù)值，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)該先接通電源再釋放紙帶。當(dāng)橡皮筋松弛時(shí)，即加速結(jié)束時(shí)，小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)速度即為小車(chē)獲得的最大速度。 答案　ABCF 2.某同學(xué)把附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，將細(xì)繩一端拴在小車(chē)上，另一端繞過(guò)定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使小車(chē)在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，以此定量探究繩拉力做功與小車(chē)動(dòng)能變化的關(guān)系。此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及

8、配套的電源、導(dǎo)線(xiàn)、復(fù)寫(xiě)紙、紙帶、小木塊等。組裝的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。 (1)若要完成該實(shí)驗(yàn)，必需的實(shí)驗(yàn)器材還有______________________________ ________________________。 (2)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳≤?chē)的細(xì)繩與木板平行。他這樣做的目的是下列的哪個(gè)________(填字母代號(hào))。 A.避免小車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生抖動(dòng) B.可使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡清晰 C.可以保證小車(chē)最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) D.可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車(chē)受的合力 (3)平衡摩擦力后，當(dāng)他用多個(gè)鉤碼牽引小車(chē)時(shí)，發(fā)現(xiàn)小車(chē)運(yùn)動(dòng)

9、過(guò)快，致使打出的紙帶上點(diǎn)數(shù)較少，難以選到合適的點(diǎn)計(jì)算小車(chē)速度。在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請(qǐng)你利用本實(shí)驗(yàn)的器材提出一個(gè)解決方法：___________________ _________________________________________________________________。 (4)他將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車(chē)動(dòng)能增量大一些。這一情況可能是下列哪些原因造成的________(填字母代號(hào))。 A.在接通電源的同時(shí)釋放了小車(chē) B.小車(chē)釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太近 C.阻力未完全被小車(chē)重力沿木板方向的分力平衡掉 D.鉤碼做

10、勻加速運(yùn)動(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力 解析　(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，需要驗(yàn)證mgx＝Mv2，同時(shí)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可知，此實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量鉤碼質(zhì)量、小車(chē)質(zhì)量和位移，故還需要的器材有：刻度尺和天平；(2)分析小車(chē)受力可知，在平衡摩擦力的基礎(chǔ)上，使細(xì)繩與木板平行是為了讓細(xì)繩的拉力充當(dāng)小車(chē)所受合外力，故選項(xiàng)D正確；(3)紙帶上打出的點(diǎn)較少，說(shuō)明小車(chē)的加速度過(guò)大(即小車(chē)過(guò)快)，故可知減小鉤碼質(zhì)量或增加小車(chē)質(zhì)量(在小車(chē)上加上適量的砝碼)；(4)在此實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)牛頓第二定律可知，鉤碼的重力大于細(xì)繩的拉力，而實(shí)驗(yàn)中用重力代替拉力會(huì)導(dǎo)致拉力做功大于小車(chē)動(dòng)能增量；如果實(shí)驗(yàn)未平衡或未完全平衡摩擦力也會(huì)導(dǎo)致拉力做功大于動(dòng)能

11、增量，故選項(xiàng)C、D正確。 答案　(1)刻度尺、天平(包括砝碼)　(2)D　(3)可在小車(chē)上加適量的砝碼(或鉤碼)　(4)CD 考點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 方案一： (1)如圖所示，將紙帶上的第一個(gè)點(diǎn)記為計(jì)數(shù)點(diǎn)O，再在紙帶的后端選擇連續(xù)的5個(gè)打印點(diǎn)分別記為計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5。分別測(cè)出計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5至計(jì)數(shù)點(diǎn)O的距離(即小車(chē)的位移l)，并利用打上點(diǎn)的紙帶，測(cè)出打各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車(chē)的速度v。 (2)功W的大小約等于重物重力與小車(chē)位移的乘積。 (3)根據(jù)W、v數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上作出合適的圖象。兩次實(shí)驗(yàn)可以在同一坐標(biāo)系中作出兩條圖線(xiàn)。 方案二： (1)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)，不直接計(jì)算

12、W和v的數(shù)值，而只是看第2次、第3次…實(shí)驗(yàn)中的W和v是第1次的多少倍，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理。 (2)以橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功W為縱坐標(biāo)，小車(chē)獲得的速度為橫坐標(biāo)，以第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)做的功W為單位，作出圖象。用W－v2圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，比W－v圖象更加直觀(guān)、明了。 (1)平衡摩擦力不徹底或平衡過(guò)度也會(huì)造成誤差。 (2)橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)不一，使橡皮筋的拉力做的功與橡皮筋的條數(shù)不成正比。 (3)利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車(chē)的速度時(shí)，測(cè)量不準(zhǔn)帶來(lái)誤差。 1.“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，當(dāng)小車(chē)在一條橡皮筋作用下彈出時(shí)，橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功記為W；當(dāng)用2條、3條、4條……完全相同的

13、橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、第4次……實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功記為2W、3W、4W……每次實(shí)驗(yàn)中小車(chē)獲得的最大速度可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打出的紙帶測(cè)出。 甲 (1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是________。 A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以用干電池供電 B.實(shí)驗(yàn)儀器安裝時(shí)，可以不平衡摩擦力 C.每次實(shí)驗(yàn)小車(chē)必須從同一位置由靜止彈出 D.利用每次測(cè)出的小車(chē)最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次作出W－vm、W－v、W－v，W2－vm、W3－vm……的圖象，得出合力做功與物體速度變化的關(guān)系。 (2)如圖乙所示，給出了某次實(shí)驗(yàn)打出的紙帶，從中截取了測(cè)量小車(chē)最大速度所用的一段紙帶，測(cè)得A、B、C

14、、D、E相鄰兩點(diǎn)間的距離分別為AB＝1.48 cm，BC＝1.60 cm，CD＝1.62 cm，DE＝1.62 cm；已知相鄰兩點(diǎn)打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02 s，則小車(chē)獲得的最大速度vm＝________m/s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 乙 解析　(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須用交流電，A項(xiàng)錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)儀器安裝時(shí)，必須平衡摩擦力，B項(xiàng)錯(cuò)誤；每次實(shí)驗(yàn)小車(chē)必須從同一位置由靜止彈出，C項(xiàng)正確；根據(jù)所得數(shù)據(jù)分別作出橡皮筋所做的功W與小車(chē)獲得的最大速度或小車(chē)獲得的最大速度的平方、立方等圖象，找出合力做的功與物體速度變化的關(guān)系，D項(xiàng)正確。 (2)小車(chē)獲得的最大速度v＝＝ m/s＝0.81 m/s。 答案　(1

15、)CD　(2)0.81 2.如圖所示是某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)做探究“橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，圖中是小車(chē)在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形。這時(shí)，橡皮筋對(duì)小車(chē)做功記為W。當(dāng)用2條、3條、…、n條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、…、第n次實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置釋放。小車(chē)每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度可以由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出，圖甲為某次實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶。 (1)除了圖中已給出的實(shí)驗(yàn)器材和電源外，還需要的器材有________________。 (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使小車(chē)只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)采取的措施是_____________ ________

16、_______________________________________________________。 (3)每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上的點(diǎn)分布并不都是均勻的，為了測(cè)量小車(chē)最終獲得的末速度，應(yīng)選用紙帶的________________部分進(jìn)行測(cè)量。 (4)下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理表。 物理量數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)次數(shù) 橡皮筋 做的功 Wn(J) 10個(gè)間隔 均勻的點(diǎn)的 距離s(m) 10個(gè)間隔 均勻的點(diǎn)的 時(shí)間T(s) 小車(chē)獲得 的末速度 vn(m/s) 小車(chē)獲得的 末速度的平 方v(m2/s2) 1 W1＝W 0.200 0.2 1.00 1.0

17、0 2 W1＝2W 0.282 0.2 1.41 1.99 3 W3＝3W 0.300 0.2 1.50 2.25 4 W4＝4W 0.400 0.2 2.00 4.00 5 W5＝5W 0.458 0.2 2.24 5.02 從理論上講，橡皮筋做的功Wn與物體獲得的速度vn之間的關(guān)系是Wn∝________，請(qǐng)你運(yùn)用表中的數(shù)據(jù)在如圖乙所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象，以驗(yàn)證理論的正確性。 解析　(1)要計(jì)算某點(diǎn)速度的大小，必須要測(cè)量紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，除了題圖中已給出的實(shí)驗(yàn)器材和電源外，還需要的器材是刻度尺。 (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使小車(chē)只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)采取的措施是把放打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一端的木板墊起適當(dāng)?shù)母叨纫云胶饽Σ亮Α? (3)小車(chē)最終做勻速運(yùn)動(dòng)，因此應(yīng)選用相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間隔相等的部分。 (4)根據(jù)動(dòng)能定理可知，從理論上講，橡皮筋做的功Wn與物體獲得的速度vn之間的關(guān)系是Wn∝v；以Wn為縱坐標(biāo)，以v為橫坐標(biāo)，用描點(diǎn)作圖法作圖，圖象是過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，說(shuō)明Wn∝v。 答案　(1)刻度尺　(2)把木板的左端墊起適當(dāng)?shù)母叨纫云胶饽Σ亮Α?3)每相鄰兩點(diǎn)之間距離相等(或點(diǎn)分布均勻)　(4)v　圖象如圖所示 8