4探究功与速度变化的关系定

四探究功与速度变化关系实验总结1．实验设计思路：实验中用橡皮筋的弹力拉动小车做功使小车获得动能，探究橡皮筋做的功与小车速度的关系。橡皮筋的弹力是变力，所做的功是变力功，没有现成的公式可以计算功的大小。即使知道弹力功的公式也不能用它进行计算，因为橡皮筋的劲度系数也是变化的。但是在相同的位移情况下，用一条橡皮筋做的功为W，用两条橡皮筋时做的功就是2W，依此类推可以找出功和速度的对应关系。实验方法巧妙地避开了应用功的公式计算恒力功的大小2．注意事项本实验中除了要平衡摩擦力（滑轮和细绳、小车和木板、打点计时器和纸带之间等）外，橡皮筋也是影响实验效果的关键因素。因此建议选用航模专用橡皮筋。规格1mm×1mm或2mm×2的均可。这种橡皮筋使用前要先用清水洗一下，然后阴干，再用适量中性润滑济（如洗发水或洗手液等）用手搓揉均匀。选用间距均匀的几个间隔，由总长度求出平均速度；增加橡皮筋的根数，同理测出速度，列出（W,v2），描点，成直线即得W∝v2典型例题如图所示为某实验小组在做“探究合外力做功和动能变化的关系”实验时的装置．(1)实验小组在做好了各项准备后，应将小车停在靠近_____处．释放小车和接通电源的顺序应是先_____后_____．小车拖动纸带，打点计时器在上面打下一系列小点．换上新纸带重复实验几次，从几条纸带中挑选点迹清晰的纸带进行测量．(2)某同学在挑选的纸带上，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个点1、2、3、4…．实验中除了对距离进行测量外，还需要知道小车在某几个时刻的瞬时速度．若根据纸带可知点1和点2的时间间隔与点2和点3的时间间隔均为T，点1与点2间的距离为x1，点2与点3的距离为x2，由于小车的运动可以看作是匀加速直线运动，所以在打点2时小车的瞬时速度为_____．(3)另一位同学认为可以在挑选出的纸带上，不记下第一个点的位置O，同样可以完成本实验．你认为这位同学的想法是否可行．_____．(填“可行”或“不可行”)解析:（1）实验时，小车应从打点计时器处开始释放；应先接通电源，然后再放开小车．（2）做匀变速运动的物体在某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度．（3）物体动能的变化量等于合外力的功，可以选取纸带上任意两个点研究合外力做功和动能变化的关系，处理实验数据时，并不一定要从第一个点开始．解：（1）实验小组在做好了各项准备后，应将小车停在靠近打点计时器处．释放小车和接通电源的顺序应是先接通电源后释放小车．（2）小车做匀变速运动，打第2点时小车的瞬时速度等于小车在1、3点内的平均速度，则打第2点时的瞬时速度v2=（3）探究合外力做功和动能变化的关系实验，只要求出纸带上任意两点所对应的小车速度与在这两点间合外力所做的功即可完成实验，并不一定要记下第一个点的位置，故该同学的方法可行．故答案为：（1）打点计时器；接通电源；释放小车；（2）（3）可行．1.某同学在利用如图所示装置做“探究功与速度变化的关系”实验时，下列说法正确的是_____A．通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值B．进行实验时，必须先平衡摩擦力C．小车在橡皮筋的作用下弹出，橡皮筋所做的功可根据公式W=FL算出D．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度．2.如图所示是“利用DIS实验系统来研究物体的动能与哪些因素有关”的装置．通过克服摩擦力做功的多少来反映出小车初动能的大小．(1)(多选题)下列措施能减小实验误差的是_____(A)适当减小档光片宽度(B)适当增加档光片宽度(C)选用质量大的摩擦块(D)选用质量小的摩擦块(2)实验中多次改变小车质量m和滑动初速度v得到多组数据后．以mv2为纵坐标，以_____为横坐标，可以得到经过原点的倾斜直线．3.在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中，某实验小组采用如图(甲)的实验装置．(1)实验时为了保证小车受到的合外力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，在沙和沙桶的总质量m与小车的质量M的关系必须满足m＜＜M的同时，实验时首先要做的步骤是_____．(2)如图(乙)为实验中打出的一条纸带，选取纸带中的A、B两点来探究恒力做功与动能改变的关系，测出A、B两点间距s和速度大小vA、vB．已知砂和砂桶的总质量m，小车的质量M，重力加速度g．则本实验要验证的数学表达式为_____．(用题中的字母表示实验中测量得到物理量)．4.(1)为探究力对同一个原来静止的物体所做的功与物体获得的速度的关系，可通过如图1所示的实验装置进行：在木板上钉两个铁钉，将并接在一起的相同的橡皮筋的两端固定在铁钉的顶端，橡皮筋的中央都挂在小车前端上方的小挂钩上，通过拉动小车使橡皮筋伸长，由静止释放小车，橡皮筋对小车做功，再利用打点计时器和小车后端拖动的纸带记录小车的运动情况．现有主要的探究步骤如下：a．保持小车由静止释放的位置相同，通过改变并接在一起的相同橡皮筋的条数，使橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W…；b．由打点计时器打出的若干条纸带分别求出小车各次运动的最大速度v1、v2、v3…；c．做出W-v图象；d．分析W-v图象．如果W-v图象是一条直线，表明W∝v；如果不是直线，可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝等关系．①在实验中，除了图中已有的实验器材以及交流电源、导线、开关以外，还需要哪种测量工具？答：_____．②对于该实验，下列操作中属于实验要求的是_____．(填写选项前的序号)A．小车每次都应从静止开始释放B．实验中应将平板倾斜适当角度以平衡摩擦力C．应在纸带上选取点迹间隔均匀的部分计算小车的最大速度vD．必须测量出小车的质量5.下面是一些有关高中物理实验的描述，其中正确的是()A.在“研究平抛运动”实验中，需要用重锤线确定竖直方向B.在“研究匀变速直线运动”实验中，需要平衡摩擦力C.在“验证机械能守恒定律”的实验中，需要用天平测物体的质量D.在“验证力合成的平行四边形定则”实验中，一定要用两根弹簧秤E.在“探究动能定理”的实验中不需要直接求出合外力做的功F.在用欧姆表“×10”挡测量电阻时发现指针偏转角太小，应该换“×1”挡进行测量6.一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，想测定一弹簧的劲度系数，于是先将弹簧的一端固定在铁架台上，然后将毫米刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上，当弹簧自然下垂时，指针指示刻度数为L0，弹簧下端挂一个50g的砝码时，指针指示刻度数为L1；挂两个50g的砝码时，指针指示刻度数为L2……请按要求回答问题：(1)下表记录的是某同学所测的6个值，其中记录时有错误的代表符号是________，弹簧的原长是________cm.(2)为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按以下方法逐一求差，分别计算出三个差值d1＝L4－L1＝5.11cm，d2＝L5－L2＝5.12cm，d3＝L6－L3＝5.08cm，这种方法叫逐差法，有利于____________________，利用此法和表中数据可求出弹簧的劲度系数k＝______N/m(保留两位有效数字)．(3)该同学又用两个不同的轻质弹簧a和b，定性得到弹力与弹簧长度的关系图线如图4所示，则下列表述正确的是()．A．a的原长比b的短B．a的劲度系数比b的大C．a的劲度系数比b的小D．测得的弹力与弹簧的长度成正比1.BD解析：用橡皮筋拉小车探究功与速度变化的关系，必须平衡摩擦力，让小车的速度增加仅仅是橡皮筋做功的结果；我们通过改变橡皮筋的条数来改变做功的多少，不用测量变力；小车的速度是加速段获得的最大速度即以后的匀速段的速度．解：A：橡皮筋拉小车时多作用力是变力，我们不能求变力做功问题，但选用相同多橡皮筋，且伸长量都一样时，橡皮条数多关系就是做功多少多关系，因此，可以不需求出变力功多大小，就知道功多关系．所以A错误；B：实验中多小车不可避免地要受摩擦力多作用，虽然摩擦力比较小，也不能忽略．我们研究拉力对小车做功和速度多关系，应排除其他力多影响．可将木板多一端稍垫高，轻推小车，观察小车是否做匀速运动，使重力多分力与摩擦力相平衡，消除摩擦力多影响．所以B正确；C：橡皮筋拉小车时多作用力是变力，我们不能根据公式W=FL求变力做功问题，故C错误；D：当橡皮筋做功完毕小车应获得最大速度，由于平衡了摩擦力所以小车以后要做匀速运动，相邻两点间多距离基本相同．所以计算小车速度应该选择相邻距离基本相同多若干个点作为小车多匀速运动阶段，用这些点计算小车多速度．故D正确．故选B、D2.AC摩擦块的位移（摩擦块被推动的距离等）解析：（1）根据实验原理和所测量数据可以应该采取的措施；（2）根据功能关系可知：，因此若以mv2为纵坐标，以s即摩擦块的位移位移为横坐标，可知图象为过原点的倾斜直线．解：（1）A、B、本实验中利用平均速度来代替瞬时速度，因此适当减小档光片宽度，可以时速度的测量更准确，故A正确，B错误；C、D、在实验过程中，为了减小空气阻力的影响，应该选择质量大、体积小的摩擦块，故D错误，C正确．故选AC．（2）根据功能关系可知：，因此若以mv2为纵坐标，以s即摩擦块的位移位移为横坐标，可知图象为过原点的倾斜直线．故答案为：摩擦块的位移（摩擦块被推动的距离等）．3.平衡摩擦力mgs=mvB2-mvA2解析：（1）要使小车受到的合力等于沙和沙桶的重力，实验前要先平衡摩擦力．（2）根据动能定理分析答题．解：（1）为了保证小车受到的合外力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，应首先平衡摩擦力，在不挂沙桶时，使小车受到的合力为零．（2）平衡摩擦力后，小车受到的合力为mg，合外力的功等于动能的变化，因此需要验证的表达式为：mgs=mvB2-mvA2；故答案为：（1）平衡摩擦力；（2）mgs=mvB2-mvA2．4.刻度尺ABC5.ADE解析：该题考查了多个实验问题，解决该实验问题首先要掌握每个实验的原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项．解：A、在“研究平抛运动”实验中，必须让物体在竖直平面内运动，所以由重锤线来确定方向．故A正确；B、在“研究匀变速直线运动”实验中，只要小车做匀变速直线运动即可，不需要平衡摩擦力，故B错误．C、“验证机械能守恒定律”的实验需要验证的方程是：mgh=，即gh=，可知不需要用天平测物体的质量．故C错误．D、在“验证力合成的平行四边形定则”实验中，要研究两根弹簧秤的拉力与一根弹簧秤拉力的关系，所以一定要用两根弹簧秤，故D正确．E、在“探究动能定理”的实验中，运用的比例法研究，橡皮筋都拉到相同的长度，这样橡皮筋对小车做的功有整数倍关系，不需要合外力做的功，故E正确F、因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，用“×10”挡测量一个电阻的阻值，发现表针偏转角度太小，则知电阻值很大，需换用大挡，即“×100”挡，重新测量．故F错误．故选：ADE6.(1)L61.68～1.72均可(2)减小偶然误差29(3)AB解析：(1)对于毫米刻度尺，读数时应估读一位，所以在记录L6时有误．弹簧原长在1.68～1.72cm之间均可．(2)逐差法的目的是减小偶然误差，由平均值可得每挂一个50g砝码的平均伸长量为ΔL(3)由Fl图线可知D错；Fl图线的斜率表示弹簧的劲度系数，所以a的劲度系数比b的大，B对、C错；横截距表示弹簧的原长，即a的原长比b的短，A对．