备考2019年高考物理一轮复习（课件+讲义+练习）：第五章 机械能及其守恒定律 (15份打包)

实验五　探究功与速度变化的关系 板块一　主干梳理·夯实基础 　实验原理与操作 ◆　实验目的 1．探究外力对物体做功与物体速度的关系。 2．通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比关系。 ◆　实验原理 1．不是直接测量对小车做功，而是通过改变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，小车获得的速度的平方为横坐标，作出W­v2曲线，分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系。 ◆　实验器材 小车(前面带小钩)、100～200 g砝码、长木板(在两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器、纸带、学生电源(使用电火花计时器时不用学生电源)、导线、5～6条等长的橡皮筋、刻度尺。 ◆　实验步骤 1．按如图所示将实验仪器安装好。 2．平衡摩擦力：在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至小车上不挂橡皮筋时，轻推小车，纸带打出的点间距均匀，即小车能匀速运动为止。 3．先用1条橡皮筋做实验，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。 4．用2条橡皮筋做实验，实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。 5．用3条、4条…橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格。 　数据处理与误差分析 ◆　数据处理 1．测量小车的速度：实验获得如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做的功和小车速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量：A1、A2间的距离x，小车速度的表达式是v＝(T为打点计时器打点的时间间隔)。 2．记录实验数据：把计算出的速度填入表格中并算出v2的值。 橡皮筋 条数 位移 x/m 时间 t/s 速度 v/(m·s－1) 速度平方 v2/(m2·s－2) 3．数据处理：在坐标纸上(如图所示)画出W­v2图线(“W”以一条橡皮筋做的功为单位)。 4．实验结论：从图象分析外力对物体做功与物体速度变化的关系为W∝v2。 ◆　误差分析 1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比。 2．没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大。 3．利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差。 类型 产生原因 减小方法 偶然 误差 小车速度的测量误差 多次测量x，求平均值 摩擦力做功 平衡摩擦力适当 系统 误差 橡皮筋的长度、粗细不一 选规格相同的橡皮筋 ◆　注意事项 1．平衡摩擦力：将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向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均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角。 2．选点测速：测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动状态的区域来计算速度。 3．规格相同：橡皮筋规格相同时，力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值。 4．开始实验时，小车应靠近打点计时器，并且要先接通电源再释放小车。 5．选择小车时，小车质量应适当大一些，使纸带上打的点多一些。 ◆　实验改进 1．本实验中物体运动速度可以使用速度传感器直接采集，比用打点计时器方便快捷且误差较小。 2．可以把长木板换成气垫导轨，省略平衡摩擦力的操作步骤，达到简化实验过程的目的。 板块二　考点细研·悟法培优 考点1对实验原理与实验步骤的理解 例1　某实验小组要探究力对物体做功与物体获得速度的关系，选取的实验装置如图所示，实验主要步骤如下： (1)实验时，为使小车只在橡皮筋作用下运动，在未连接橡皮筋时将木板的左端用小木块垫起，使木板倾斜合适的角度，打开打点计时器，轻推小车，得到的纸带应该是________(填“甲”或“乙”)。 (2)使小车在一条橡皮筋的作用下由静止弹出，沿木板滑行，这时橡皮筋对小车做的功为W； (3)再用完全相同的2条、3条…橡皮筋作用于小车，每次由静止释放小车时橡皮筋的________(填写相应实验条件)，使橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W… (4)分析打点计时器打出的纸带，分别求出小车每次获得的最大速度v1、v2、v3… (5)作出W­v图象，则下列符合实际的图象是________。 尝试解答　(1)乙　(3)伸长量(形变量，长度)都相同　(5)D。 (1)平衡摩擦力后，小车应做匀速直线运动