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第四單元實(shí)驗(yàn)與探究第6課時實(shí)驗(yàn) 探究動能定理 必修2第六章機(jī)械能和能源 基礎(chǔ)回顧 1 猜想與假設(shè)根據(jù)現(xiàn)有知識猜想 外力對物體做的功可能 物體動能的變化量 2 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示 在砝碼盤中加放砝碼并釋放砝碼盤 木塊將在砝碼盤對它的拉力及長木板對它的摩擦力作用下做勻加速運(yùn)動 在紙帶記錄的物體運(yùn)動的勻加速階段 適當(dāng)間隔地取兩個點(diǎn)A B 只要取計(jì)算一小段位移的 即可確定A B兩點(diǎn)各自的速度vA vB 再數(shù)出A B兩點(diǎn)的時間間隔 t 根據(jù)a 算出加速度a 根據(jù)牛頓第二定律F合 ma算出F 在這段過程中物體運(yùn)動的距離s可通過運(yùn)動紙帶測出 我們即可算出合外力做的功 W 另一方面 此過程中物體動能的變化量為 Ek 通過比較W和 Ek的值 就可以找出兩者之間的關(guān)系 答案 1 等于2 平均速度 要點(diǎn)深化 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 通過實(shí)驗(yàn) 探究功與物體速度變化的關(guān)系 2 了解探究功與物體速度變化關(guān)系的原理 2 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)裝置如上圖所示 在砝碼盤中加放砝碼并釋放砝碼盤 木塊將在砝碼盤對它的拉力及長木板對它的摩擦力作用下做勻加速運(yùn)動 在紙帶記錄的物體運(yùn)動的勻加速階段 適當(dāng)間隔地取兩個點(diǎn)A B 只要取計(jì)算一小段位移的平均速度即可確定A B兩點(diǎn)各自的速度vA vB 再數(shù)出A B兩點(diǎn)的時間間隔 t 根據(jù)a 算出加速度a 根據(jù)牛頓第二定律F合 ma算出F合 在這段過程中物體運(yùn)動的距離s可通過運(yùn)動紙帶測出 我們可即算出合外力做的功 另一方面 此過程中物體動能的變化量為通過比較W和 Ek的值 就可以找出兩者之間的關(guān)系 在木塊運(yùn)動到長木板的中間位置時 用手托住砝碼盤 砝碼盤不再對木塊有拉力 木塊將在長木板的摩擦力作用下做勻減速運(yùn)動 外力對物體做負(fù)功 同樣的 我們在紙帶記錄的物體運(yùn)動的勻減速階段取兩個有一定間隔的點(diǎn)C D 測出各自的速度vC vD 根據(jù)求出加速度a 進(jìn)而求出合外力F合 并算出外力所做的功W 另一方面 物體動能的變化為比較W和 Ek的值 尋找兩者的關(guān)系 3 實(shí)驗(yàn)器材長木板 一端帶滑輪 刻度尺 打點(diǎn)計(jì)時器 紙帶 導(dǎo)線 電源 小車 細(xì)線 砝碼盤 砝碼 天平 4 實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理 1 用天平測出木塊的質(zhì)量 把器材按圖裝置好 紙帶固定在木塊中間的方孔內(nèi) 2 把木塊放在打點(diǎn)計(jì)時器附近 用手按住 往砝碼盤中加砝碼 接通打點(diǎn)計(jì)時器電源 讓它工作 放開木塊 讓它做加速運(yùn)動 當(dāng)木塊運(yùn)動到木板中點(diǎn)時 用手托住砝碼盤 讓木塊在木板摩擦力作用下做減速運(yùn)動 當(dāng)木塊到達(dá)定滑輪處 或靜止 時 斷開電源 3 取下紙帶 在紙帶上反映物體加速運(yùn)動和減速運(yùn)動的兩部分點(diǎn)跡中較理想的一段 如下圖所示 分別各取兩點(diǎn) 其間點(diǎn)跡數(shù)不少于9點(diǎn) 量出sA sB sC sD和sAB sCD 由sA sB sC sD及相應(yīng)的時間間隔 t 如0 08秒 算出vA vB 利用vA vB和A B間的時間間隔 tAB求出A B間木塊運(yùn)動的加速度aAB 同法求出aCD 則木塊質(zhì)量m與aAB aCD的乘積分別表示在AB段和CD段木塊受的合力 4 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果填好下表 看W與 Ek是否相等 5 重新取計(jì)數(shù)點(diǎn) 重復(fù)步驟 3 和 4 再驗(yàn)證一次 5 誤差分析 1 木塊與桌面的粗糙程度不固定造成實(shí)驗(yàn)的誤差 2 利用打點(diǎn)計(jì)時器上打出的紙帶讀位移或計(jì)算速度時 測量不準(zhǔn)確帶來誤差 題型一實(shí)驗(yàn)原理探究 在 探究動能定理 的實(shí)驗(yàn)中 某同學(xué)按下列步驟進(jìn)行 把實(shí)驗(yàn)器材按下圖安裝好 把木塊放在打點(diǎn)計(jì)時器附近 用手按住 往砝碼盤中加砝碼 接通打點(diǎn)計(jì)時器電源 待其正常工作后放開木塊 讓它做勻加速運(yùn)動 當(dāng)木塊運(yùn)動到木板長的1 2左右時 用手托住砝碼盤 讓木塊在摩擦力作用下做勻減速運(yùn)動 當(dāng)木塊到達(dá)定滑輪處 或靜止 時 斷開電源 取下紙帶 在紙帶上反映物體加速運(yùn)動和減速運(yùn)動的兩部分點(diǎn)跡中較理想的一段 分別各取兩點(diǎn) 其間點(diǎn)跡數(shù)不少于9點(diǎn) 如圖所示 采集數(shù)據(jù) 利用紙帶上提供的信息分析 得出結(jié)論 問題 1 實(shí)驗(yàn)中需不需要用天平測出木塊質(zhì)量m的具體數(shù)值 2 利用紙帶上提供的信息進(jìn)行分析時 若以A點(diǎn)為中間時刻 量出包含A點(diǎn)的一小段時間 t 如0 08s 內(nèi)的位移為SA 則vA 同理可確定vB 設(shè)從A至B的時間為 tAB 在木塊加速過程中 加速度aAB 木塊所受的合外力為FAB 測量A B間的位移SAB 試寫出木塊加速過程中外力做功與動能變化的可能關(guān)系式 答案 1 需要 點(diǎn)評 實(shí)驗(yàn)原理探究 就是選擇題給的裝置探究物理關(guān)系或利用題給設(shè)備科學(xué)分析測量物理量可能依據(jù)的原理 同時進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的試題 本題一定要掌握本實(shí)驗(yàn)的來龍去脈 才能對上述要求進(jìn)行填空 題型訓(xùn)練 1 上例中 假設(shè)在減速階段也符合動能定理 試由紙帶上的信息寫出計(jì)算木塊與桌面間的動摩擦因數(shù)的表達(dá)式 答案 題型二利用橡皮筋做功探究動能定理 如下圖所示 是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究 橡皮筋做的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 橡皮筋對小車做的功記為W 當(dāng)我們用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 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)時器所打的紙帶測出 1 除了圖中的已給出的實(shí)驗(yàn)器材外 還需要的器材有 2 實(shí)驗(yàn)時為了使小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動 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 為了測量小車獲得的速度 應(yīng)選用紙帶的 部分進(jìn)行測量 4 下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表 請將第2次 第3次 實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做的功填寫在對應(yīng)的位置 5 從理論上講 橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn 請你運(yùn)用數(shù)據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在下圖所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗(yàn)證理論的正確性 6 若在實(shí)驗(yàn)中你做出的圖線與理論的推測不完全一致 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 4 2W3W4W5W 5 v2n圖象如下圖所示 6 分析誤差來源或改進(jìn)試驗(yàn)方案或測量手段 重新進(jìn)行試驗(yàn) 題型訓(xùn)練 2 在用如下圖所示的裝置做 探究動能定理 的實(shí)驗(yàn)中 下列說法正確的是 A 通過改變橡皮筋的條數(shù)改變拉力做功的數(shù)值B 通過改變橡皮筋的長度改變拉力做功的數(shù)值C 通過打點(diǎn)計(jì)時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度D 通過打點(diǎn)計(jì)時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度 解析 因?yàn)闂l數(shù)增大到N條 當(dāng)橡皮筋被拉至同樣的長度時 做功也增大到NW 若填成 長度 是錯誤的 因?yàn)殚L度成倍增大 但夾角變了 力不是成倍增大 故無法確定功 速度也不能填 平均 速度 因?yàn)閯幽芏ɡ碇凶龉?yīng)的是動能的瞬時值 針對其變化量改變橡皮筋的長度會改變兩個拉力的夾角 這樣無法確定后來拉力做的功 答案 AC 題型三利用自由落體探究動能定理 物體在空中下落的過程中 重力做正功 物體的動能越來越大 為了 探究重力做功和物體動能變化的定量關(guān)系 我們提供了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置 1 某同學(xué)根據(jù)所學(xué)的知識結(jié)合右圖設(shè)計(jì)一個本實(shí)驗(yàn)情景的命題 如圖如示 質(zhì)量為m的小球在重力mg作用下從開始端自由下落至光電門發(fā)生的 通過光電門時的 試探究重力做的功 與小球動能變化量 的定量關(guān)系 請?jiān)?空格處填寫物理量的名稱和對應(yīng)符號 在 空格處填寫數(shù)學(xué)表達(dá)式 2 某同學(xué)根據(jù)上述命題進(jìn)行如下操作并測出如下數(shù)字 用天平測定小球的質(zhì)量為0 50kg 用游標(biāo)尺測出小球的直徑為10 0mm 用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離為82 80cm 電磁鐵先通電 讓小球吸在開始端 電磁鐵斷電時 小球自由下落 在小球經(jīng)過光電門時間內(nèi) 計(jì)時裝置記下小球經(jīng)過光電門所用時間為2 50 10 3s 由此可算得小球經(jīng)過光電門的速度為 m s 計(jì)算得出重力做的功為 J 小球動能變化量為 J g取9 8m s2 結(jié)果保留三位數(shù)字 3 試根據(jù) 2 下好本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論 解析 1 中根據(jù)動能定理的思想去填空 2 中采用極限思維法去計(jì)算速度 再結(jié)合以上公式計(jì)算 因小球直徑對計(jì)算的影響很小 故沒有考慮結(jié)果也正確 3 的結(jié)論下成重力做的功與物體動能的變化量成正比也可 答案 1 位移s瞬時速度vmgs 2 4 0 4 014 00 3 在誤差允許范圍內(nèi) 重力做的功等于物體動能的變化量 題型訓(xùn)練 3 某同學(xué)在探究功與物體速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中 設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn) 將紙帶固定在重物上 讓紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時器 先用手提著紙帶 使重物靜止在靠近計(jì)時器的地方 然后接通電源 松開紙帶 讓重物自由下落 計(jì)時器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn) 得到的紙帶如圖乙所示 O點(diǎn)為計(jì)時器打下的第1個點(diǎn) 該同學(xué)對數(shù)據(jù)進(jìn)行了下列處理 取OA AB BC 并根據(jù)紙帶算出了A B C三點(diǎn)的速度分別為vA 0 12m s vB 0 17m s vC 0 21m s 解析 設(shè)由O到A的過程中 重力對重物所做的功為W 那么O到B的過程中 重力對重物所做的功為2W 由O到C的過程中 重力對重物所做的功為3W 由計(jì)算可知 v2A 1 44 10 2m2 s2 v2B 2 89 10 2m2 s2 v2C 4 41 10 2m2 s2 即有 v2B 2v2A v2C 3v2A 或 由以上數(shù)據(jù)可以判定W v2是正確的 也可作W v2圖象 W v2是過原點(diǎn)的一條直線 所以W v2 答案 能 祝 您 學(xué)業(yè)有成