步步高2015一輪講義：實(shí)驗(yàn)05探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律

1、實(shí)驗(yàn)五 探究動(dòng)能定理考綱解讀 1. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系 .2. 通過(guò)分析論證和實(shí)驗(yàn)探究 的過(guò)程,培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究能力和創(chuàng)新精神. 第 1 頁(yè) 共 10 頁(yè)第 2 頁(yè) 共 10 頁(yè) 考點(diǎn)一 對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及誤差分析的考查例 1 探究力對(duì)原來(lái)靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1所示,實(shí)驗(yàn)主要過(guò)程如下:圖 1(1設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為 W 、 2W 、 3W 、; (2分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶,求出小車的速度 v 1、 v 2、 v 3、; (3作出 W -v 草圖;(4分析 W -v 圖象.如果 W -v 圖象是一條直線,表明 W v ;如果不是直線,

2、可考慮 是否存在 W v 2、 W v 3、 W v 等關(guān)系.以下關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中有一項(xiàng)不正確,它是 _.A .本實(shí)驗(yàn)設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為 W 、 2W 、 3W 、 . 所采用的方法是選用同 樣的橡皮筋,并在每次實(shí)驗(yàn)中使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保持一致.當(dāng)用 1條橡皮筋進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)時(shí),橡皮筋對(duì)小車做的功為 W ,用 2條、 3條、橡皮筋并在一起進(jìn)行第 2次、 第 3次、實(shí)驗(yàn)時(shí),橡皮筋對(duì)小車做的功分別是 2W 、 3W 、 B .小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力,補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ鞘鼓景暹m當(dāng)傾斜C .某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中,得到一條記錄紙帶.紙帶上打出的點(diǎn),兩端密、中間疏.出 現(xiàn)這種情況的原因,可能是沒(méi)有使木板傾

3、斜或傾角太小D .根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn),求小車獲得的速度的方法,是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一 點(diǎn)的距離來(lái)進(jìn)行計(jì)算解析 由于選用同樣的橡皮筋, 并且每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度相同, 因此每條橡皮 筋對(duì)小車做的功都相同,故 A 正確;小車在運(yùn)動(dòng)中受到的阻力,采取平衡摩擦力的方 法補(bǔ)償, 讓木板固定有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)抬高, 使重力的下滑分力與阻力平衡, 故 B 正確;紙帶上的點(diǎn)兩端密、中間疏,說(shuō)明小車先在橡皮筋拉力作用下加速,后在阻力 作用下減速,故 C 正確;由于橡皮筋松馳后,小車做勻速運(yùn)動(dòng),此時(shí)的速度是橡皮筋 對(duì)小車做功后的最大速度, 故求速度應(yīng)該用做勻速運(yùn)動(dòng)的那一段紙帶的數(shù)據(jù), 而不應(yīng)該 用

4、從第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算,故 D 錯(cuò)誤.答案 D考點(diǎn)二 對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的考查例 2某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲探究“恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”, 他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室組 裝了一套如圖 2所示的裝置, 另外他們還找到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器以及學(xué)生電源、 天平、 刻度尺、 細(xì)線、復(fù)寫紙、紙帶、小桶和砂子若干.并將小車連接上紙帶,用細(xì)線通過(guò)滑輪掛上小 砂桶. 圖 2(1某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟如下:用天平稱量小車的質(zhì)量 M 和砂與小桶的總質(zhì)量 m . 讓砂與小桶帶動(dòng)小車加速運(yùn)動(dòng),用打 點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄其運(yùn)動(dòng)情況, 在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上取兩點(diǎn), 測(cè)出這兩點(diǎn)的間距為 L , 算出打這兩點(diǎn)的速度 v 1與 v 2.本實(shí)

5、驗(yàn)裝置圖 (準(zhǔn)備放開小車時(shí)刻 中有什么缺點(diǎn)或錯(cuò)誤?要完成本實(shí)驗(yàn),還缺哪些重要實(shí)驗(yàn)步驟?本實(shí)驗(yàn)認(rèn)為小車所受合外力等于砂與小桶的總重力,則應(yīng)控制的實(shí)驗(yàn)條件是什么? (2在實(shí)驗(yàn)操作正確的前提下,若挑選的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖 3所示,已知相鄰兩 個(gè)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為 T ,從 A 點(diǎn)到 B 、 C 、 D 、 E 、 F 點(diǎn)的距離依次為 x 1、 x 2、 x 3、 x 4、 x 5, 則由此可求得紙帶上由 B 點(diǎn)到 E 點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的過(guò)程中,合外力對(duì)小車所做的功 W = _;該小車動(dòng)能改變量的表達(dá)式為 E k =_(結(jié)果用題中已知物理量的符 號(hào)表示 ;若滿足 _,則動(dòng)能定理得證.第 3 頁(yè) 共 10 頁(yè)

6、 圖 3解析 本題考查探究 “ 恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系 ” 的實(shí)驗(yàn), 意在考查學(xué)生對(duì)該實(shí) 驗(yàn)的理解.(1由實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及實(shí)驗(yàn)裝置圖可知,實(shí)驗(yàn)裝置圖中細(xì)線與軌道平面應(yīng)平行;初始時(shí)刻, 小車應(yīng)緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器; 所缺步驟為:調(diào)節(jié)軌道的傾斜程度, 使小車在無(wú)拉力時(shí)能在軌 道上勻速運(yùn)動(dòng) (或平衡摩擦力 ;(2由做功及動(dòng)能變化量可知, W =mg (x 4-x 1 , E k = 12M (x 5-x 32T 2-(x2T 2,只要滿足W E k ,則動(dòng)能定理得證.答案 (1細(xì)線與軌道平面應(yīng)平行;初始時(shí)刻,小車應(yīng)緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 調(diào)節(jié)軌道 的傾斜程度,使小車在無(wú)拉力時(shí)能在軌道上勻速運(yùn)動(dòng) (或平衡摩擦力

7、M m(2mg (x 4-x 1 12M (x 5-x 32T 2-(x2T 2M8T x 5-x 32-x 22W E k 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1. 本實(shí)驗(yàn)中雖然不需計(jì)算出橡皮筋每次做功的具體數(shù)值, 但需計(jì)算出每次小車獲得的速度, 由于距離的測(cè)量存在一定誤差,使得速度的大小不準(zhǔn)確,在此可以安裝速度傳感器進(jìn)行 實(shí)驗(yàn).2.本實(shí)驗(yàn)也可用鉤碼牽引小車完成,在小車上安裝拉力傳感器測(cè)出拉力的大小,再測(cè)出位 移的大小,進(jìn)而確定力做功的多少.例 3一物理興趣小組用如圖 4所示裝置測(cè)量滑塊與長(zhǎng)為 L =1 m 的軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù) 以及探究滑塊在沿軌道向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受合力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系. 圖 4(1測(cè)量滑塊與軌

8、道之間的動(dòng)摩擦因數(shù).軌道上安裝有兩個(gè)光電門,其中光電門 1的位 置可移動(dòng). 當(dāng)一帶有寬度為 d =1 cm的遮光條的滑塊自軌道上滑下時(shí), 與兩個(gè)光電門都 相連的計(jì)時(shí)器可以顯示出遮光條通過(guò)光電門 1、 2所用的時(shí)間分別為 t 1、 t 2. 使滑塊以 一定初速度下滑,調(diào)節(jié)軌道右端距桌面的高度,最終使 t 1=t 2,并用米尺測(cè)量出軌道 右端距桌面的高度 h =25 cm;則滑塊與軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù) =_;第 4 頁(yè) 共 10 頁(yè)第 5 頁(yè) 共 10 頁(yè)(2探究滑塊在沿軌道向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受合力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系. 撤掉光電門 2, 保持 實(shí)驗(yàn) (1中 h 不變,在軌道右端安裝一光滑的定滑輪,用細(xì)

9、繩連接滑塊與力傳感器 (與電 腦相連,其所受拉力可直接由電腦顯示 ,細(xì)線橫跨過(guò)定滑輪,傳感器連接一重物,如 圖 5所示, 操作:遮光條與光電門 1的距離 x 可從刻度尺上讀出, 通過(guò)改變光電門的位 置, 來(lái)獲得多組數(shù)據(jù):每次均由軌道底端無(wú)初速度釋放滑塊, 與光電門相連的計(jì)時(shí)器顯 示出每次遮光條通過(guò)光電門 1的所用的時(shí)間 t ,并做好記錄,如下表所示 圖 5 v =_; (保留三位有效數(shù)字 要驗(yàn)證所受合力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系,還需要測(cè)出的物理量是 ( A .力學(xué)傳感器的質(zhì)量 B .滑塊與遮光條的質(zhì)量 C .重物的質(zhì)量D .滑塊每次從靜止開始滑到光電門所用的時(shí)間一位同學(xué)每次實(shí)驗(yàn)得到力傳感器的數(shù)值都

10、為 19.8 N ,并根據(jù)以上表中數(shù)據(jù)做出了 v 2-x 圖象,如圖 6所示.根據(jù)圖象請(qǐng)你求出滑塊的質(zhì)量 M =_.(重力加速度 g =9.8 m/s2圖 6答案 (11515(2 2.50 m/s B 2 kg1.關(guān)于“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)中,下列敘述正確的是 ( A .每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車做功的具體數(shù)值 B .每次實(shí)驗(yàn)中,橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度沒(méi)有必要保持一致 C .放小車的長(zhǎng)木板應(yīng)盡量使其水平D .先接通電源,再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 答案 D解析 實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有必要測(cè)出橡皮筋做功的具體數(shù)值, 只要測(cè)出后來(lái)各次橡皮筋做的功是 第一次的多少倍即可, A 錯(cuò)誤; 為了使以后各次實(shí)驗(yàn)中橡

11、皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的 整數(shù)倍,必須使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保持一致, B 錯(cuò)誤;為了減小誤差,實(shí)驗(yàn) 中應(yīng)使長(zhǎng)木板傾斜以平衡摩擦力, C 錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源,然后再釋放小車, D 正確.2.某學(xué)習(xí)小組做“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖 7所示.圖中小車在一條橡皮筋作用下彈出沿木板滑行,橡皮筋對(duì)小車做的功記為 W . 當(dāng)用 2條、 3條完 全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第 2次、 第 3次實(shí)驗(yàn)時(shí), 使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的 長(zhǎng)度都完全相同. 每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶求出. 通過(guò)實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)分析可以得出功與物體速度變化的關(guān)系. 圖 7(1實(shí)驗(yàn)操作中需平衡小

12、車受到的摩擦力,其最根本的目的是 _. A .防止小車不能被橡皮筋拉動(dòng)B .保證橡皮筋對(duì)小車做的功等于合外力對(duì)小車做的功 C .便于小車獲得較大的彈射速度 D .防止紙帶上點(diǎn)跡不清晰(2如圖 8是某同學(xué)在正確實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中得到的一條紙帶, O 、 A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F 為 選取的計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間有一個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出,各計(jì)數(shù)點(diǎn)到 O 點(diǎn)的距離分別 為:0.87 cm、 4.79 cm、 8.89 cm、 16.91 cm、 25.83 cm、 34.75 cm,若打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn) 頻 率 為 50 Hz , 則 由 該 紙 帶 可 知 本 次 實(shí) 驗(yàn) 中 橡 皮 筋

13、做 功 結(jié) 束 時(shí) 小 車 的 速 度 是_m/s. 圖 8答案 (1B(22.23解析 (1平衡摩擦力的根本目的是保證橡皮筋對(duì)小車做的功等于小車動(dòng)能的變化,即 合外力做的功; (2由已知數(shù)據(jù)計(jì)算出相鄰兩點(diǎn)間的距離,可知 E 點(diǎn)速度最大,此時(shí)小 車的動(dòng)能等于橡皮筋做的功.3.如圖 9所示是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究“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)小車做的功 記為 W . 當(dāng)我們把 2條、 3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第 2次、第 3次 實(shí)驗(yàn)時(shí), 每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放. 小車每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)

14、時(shí)器 所打點(diǎn)的紙帶測(cè)出. 圖 9(1除了圖中已給出的實(shí)驗(yàn)器材外,還需要的器材有 _;(2實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng),應(yīng)采取的措施是 _;(3每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的,為了測(cè)量小車獲得的速度,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)記錄表,請(qǐng)將第 2次、第 3次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做的功填寫在 對(duì)應(yīng)的位置; n n n根據(jù)表中測(cè)定的數(shù)據(jù)在如圖 10所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗(yàn)證理論的正確性. 圖 10(6若在實(shí)驗(yàn)中你作出的圖線與理論的推測(cè)不完全一致,你處理這種情況的做法是 _.答案 (1刻度尺 (2把木板的末端墊起適當(dāng)高度以平衡摩擦力 (3點(diǎn)距均勻 (42W 、

15、3W 、 4W 、 5W (5v 2n 圖象見解析圖 (6分析誤差來(lái)源,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案或測(cè)量手段, 重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)解析 (1計(jì)算小車速度需要測(cè)量紙帶上的點(diǎn)的距離,要用刻度尺. (2要讓小車在木板上勻速運(yùn)動(dòng),因而木板要傾斜以平衡摩擦力. (3小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),紙帶上的點(diǎn)的間隔均勻. (4橡皮筋每增加一條,對(duì)小車做的功就增加 W . (5縱坐標(biāo)表示速度的平方,橫坐標(biāo)表示功,利用描點(diǎn)法描 出各組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn),然后用平滑曲線連線作出 v 2n -W n 圖 象,如圖所示.(6分析誤差來(lái)源,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案或測(cè)量手段,重新進(jìn)行實(shí) 驗(yàn).4. (2013·四川理綜 ·8(2如圖 11所示,某組同學(xué)

16、借用“探究 a 與 F 、 m 之間的定量關(guān)系”的相關(guān)實(shí)驗(yàn)思想、原理及操作,進(jìn)行“研究合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn): 圖 11為達(dá)到平衡阻力的目的, 取下細(xì)繩及托盤, 通過(guò)調(diào)整墊片的位置, 改變長(zhǎng)木板傾斜程 度,根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做 _運(yùn)動(dòng).連接細(xì)繩及托盤,放入砝碼,通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到圖 12所示的紙帶.紙帶上 O 為小車運(yùn)動(dòng) 起始時(shí)刻所打的點(diǎn),選取時(shí)間間隔為 0.1 s 的相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn) A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F 、 G . 實(shí)驗(yàn) 時(shí)小車所受拉力為 0.2 N,小車的質(zhì)量為0.2 kg. 圖 12請(qǐng)計(jì)算小車所受合外力做的功 W 和小車動(dòng)能的變化 E k ,補(bǔ)填表中空格

17、(結(jié)果保留至小 數(shù)點(diǎn)后第四位 . k 實(shí)驗(yàn)前已測(cè)得托盤質(zhì)量為 7.7×10-3kg ,實(shí)驗(yàn)時(shí)該組同學(xué)放入托盤中的砝碼質(zhì)量應(yīng)為_kg(g 取 9.8 m/s2,結(jié)果保留至小數(shù)點(diǎn)后第三位 . 答案 勻速直線 (或勻速 0.111 5 0.110 5 0.015解析 取下細(xì)繩與托盤后, 當(dāng)摩擦力恰好被平衡時(shí), 小車與紙帶所受合力為零, 獲得 初速度后應(yīng)做勻速直線運(yùn)動(dòng). 由題圖可知 OF =55.75 cm ,再結(jié)合 t2v 可得打下計(jì)數(shù)點(diǎn) F 時(shí)的瞬時(shí)速度 v F =OG -OE2T1.051 m/s2,故 W =F ·OF =0.111 5 J, E k =12M v 2F 0

18、.110 5 J. 根據(jù)牛頓第二定律有:對(duì)小車 F =Ma ,得 a =1.0 m/s2;對(duì)托盤及砝碼 (m +m 0 g -F =(m +m 0 a ,故有 m =F g -a -m 0=0.29.8-1.0kg -7.7×10-3 kg=0.015 kg5.為了“探究動(dòng)能改變與合外力做功”的關(guān)系,某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案:第一步:把帶有定滑輪的木板有滑輪的一端墊起,把質(zhì)量為 M 的滑塊通過(guò)細(xì)繩與質(zhì)量 為 m 的帶夾重錘跨過(guò)定滑輪相連,重錘夾后連一穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶,調(diào)整木板傾 角,直到輕推滑塊后,滑塊沿木板向下勻速運(yùn)動(dòng),如圖 13甲所示.第二步:保持長(zhǎng)木板的傾角不變, 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在長(zhǎng)木板靠近滑輪處, 取下細(xì)