浙江省杭州育华学校2023届高考物理一轮复习讲义：实验五 探究功与速度变化的关系

实验五: 验证机械能守恒定律 一、实验目的： 探究功与速度变化的关系 二、实验仪器 打点计时器、小车、长木板、纸带、橡皮条、刻度尺 三、实验原理 1、测量橡皮筋对小车做的功W 2、测量由于橡皮筋做功而使小车获得的速度v 3、数据处理，寻找W与v的关系 四、实验步骤 1、按图装好实验器材，把木板稍微倾斜，平衡阻力 2、先用一条橡皮筋做实验，把橡皮筋拉长到一定的位置，理好纸带，接通电源，释放小车。 3、换用纸带，改用2条、3条……同样的橡皮筋进行实验，保持每次实验中橡皮筋拉长的长度相同。 4、由纸带算出小车获得的速度，把小车第一次获得的功计为W，第2次，第3次……计为2W，3W 5、对测量数据进行估算，大致判断两个量可能的关系，然后以W为纵坐标，v，v2（或其它）为横坐标作图。 五、常见问题 1、测量橡皮筋对小车做的功W 问题a：橡皮筋对小车在哪个阶段做功？ 橡皮筋有形变时 问题b：能否测量出橡皮条做功的具体数值？ F为变力，做的功很难测量。 问题c：探究过程中，我们如何对橡皮筋做的功进行测量？ 措施： 设法让橡皮筋每次对小车做的功分别为 W、2W、3W…… 问题d：每次实验中橡皮筋拉伸的长度有什么要求？ 相同 2、测量由于橡皮筋做功而使小车获得的速度v 问题a：小车的运动性质是什么？ 先做加速运动，后作匀速运动。 问题b：纸带上打出的点并不都是均匀的，应该采用那些点来计算小车的速度？ 为什么？ 取点迹清晰且间距均匀的部分 3、设计表格、数据处理，寻找W与v的关系 功 速度v v2 V3 实验结论： 力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的平方成正比 六、实验操作注意事项： 1、适度平衡小车受到的摩擦力； 2、每次实验小车都要从同一位置由 静止开始运动； 3、橡皮筋的拉伸长度要适度； 七、该实验的优缺点： 优点：该实验方法巧妙地避开了功的计算，直接确定了橡皮筋拉力对小车所做功的倍数关系。设计思路充分体现了探究的精神。 缺点：“橡皮筋的长度、粗细不一；橡皮条条数多时很难从纸带上找到点迹均匀的点；实验误差较大。 ( 例1. （ ★★ ） 用如图所示的装置，探究功与物体速度变化的关系。实验时先适当垫高木板，然后由静止释放小车，小车在橡皮条弹力的作用下被弹出，沿木板滑行。小车滑行过程中带动通过打点计时器的纸带，记录其运动情况。观察发现纸带前面部分点迹疏密不匀，后面部分点迹比较均匀，回答下列问题： 1 、适当垫高木板是为了 2 、通过纸带求小车速度时，应使用纸带的 （填“全部”、“前面部分” 或“后面部分”) 。 3 、若实验做了 n 此，所用橡皮条分别为 1 根、 2 根 …n 根，通过纸带求出小车的速度分别为 V 1 、 V 2 …Vn ，用 W 表示橡皮条对小车所做的功，作出 W-V 2 图线是一条过原点的直线，这说明 W 与 V 2 的关系是： ) 【考点】探究功与速度变化的关系 【解析】本实验研究的问题是橡皮条对小车做功与小车速度变化的关系，因此需要平衡摩擦力。橡皮条有形变的状态下会对小车做工，当小车脱离橡皮条的作用时，做匀速直线运动，因此应测量纸带后面部分的速度。W-V2图线是一条过原点的直线，说明 【答案】平衡摩擦；后面部分；功正比于速度的平方 【教学建议】理解实验原理 ( 例2 ． （ ★★ ） 为了验证动能定理，某学习小组在实验室组装了如图的装置外 ， 还 备 有 下列器材 ：打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、天平、细沙 。 他们称量滑块的质量为 M 、 沙和小桶的总质量为 m 。当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小桶时，滑块处于静止状态 。 要完成该实验，则： 还 缺少 的实验器材 是 。 实验时为保证滑块受到的合力与沙 、 小桶的总重力大小基本相等，沙和小桶的总质量应满足的实验条件是 ，实验时为保证细线拉力 等于滑块所受 的合外力，首先要做的步骤是 。 在 ⑵ 问 的基础上，让 小 桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出 该 两点的间距为 L 、打下该两点时滑块 的速度大小 为 v 1 、 v 2 （ v 1 < v 2 ） ，已知当地的重力加速度为 g 。 写出实验要验证的动能定理表达式 （用题中 所给 的字母表示） ) 【考点】探究功与速度变化的关系 【解析】本实验需