2019年高中物理粤教版必修二课件：第四章 机械能和能源 实验一 探究合外力做功和动能变化的关系
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.小车所受的阻力f应包括车受的摩擦力和打点计时器对车后所拖纸带的摩擦力. 4.小车应靠近打点计时器,并且要先接通电源后放手.在小车停止运动前应按住小车.
典例研析·把握核心
类型一 实验操作、数据处理及误差分析 【典例1】 (2018·河南新乡高一检测)某同学为探究“合力做功与物体动能改变的 关系”设计了如下实验,他的操作步骤:
2.小车动能的变化 ΔEk= Mv2 (1)小车1 质量:用天平称出小车质量M. (2)小车2 运动的瞬时速度:用“匀变速直线运动中某段时间内的平均速度等于其中间 时刻的瞬时速度”计算小车运动的瞬时速度.如上述纸带中打点计时器打“D”时小 车的瞬时速度为vD= . 通过上述计算,判断小车运动到打下各计数点的过程中合外力对它所做的功W与其 动能的增加ΔEk是否相等.
(1)按图(甲)摆好实验装置,其中小车质量M=0.20 kg,钩码总质量m=0.05 kg. (2)先接通打点计时器的电源(电源频率为f=50 Hz),然后释放小车,打出一条纸带.
(3)他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条,如图(乙)所示.把打下的第
一点记作0,然后依次取若干个计数点,相邻计数点间还有4个点未画出,用厘米刻度尺测
xCE
2T
二、误差分析
偶然 误差
系统 误差
产生原因
减小方法
测量小车位移x不准确
视线垂直刻度尺;进行较合 理地估读
(1)没有平衡摩擦力或 平衡摩擦力不够; (2)没有满足砝码和盘 的总质量远小于小车质 量
(1)平衡摩擦力,且小车后 的纸带穿过打点计时器; (2)尽量满足砝码和盘的总 质量远小于小车质量
mg-F=ma 解得 F= mgM ,由此可知当 M≫m 时,钩码的重力等于绳子的拉力, M m
因此当钩码质量太大时,会造成较大误差,故选项 A 正确,B 错误;实验中要进 行平衡摩擦力操作,若没有平衡摩擦力直接将钩码重力做的功当做小车合外 力做的功,会造成较大误差,故选项 C 正确;距离的测量产生的误差是偶然误 差,不是该实验产生的主要误差,故选项 D 错误.
. A.钩码质量太大,使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多 B.钩码质量太小,使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多 C.没有平衡摩擦力,使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多 D.没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的主要原因
解析:(4)设绳子上拉力为 F,对小车根据牛顿第二定律有 F=Ma;对钩码有
(2)下表是他们测得的一组数据,其中 M 是 M1 与小车中砝码质量之和,| v22 - v12 | 是两个速度传感器记录速度的平方差,可以据此计算出动能变化量ΔE,F 是拉力
传感器受到的拉力,W 是 F 在 A,B 间所做的功.表格中的ΔE3=
,W3=
.
(结果保留三位有效数字)
数据记录表
次数 M/kg
2t
10
(其中 t=5T= 5 ) f
动能公式为 Ek= 1 Mv2= 1 M[ d6 d4 f ]2= Mf 2 (d6-d4)2.
22
10
200
答案:(3)0.180 Mf 2 (d6-d4)2 200
(4)此次实验探究的结果,他没能得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”, 且误差很大.通过反思,他认为产生误差的主要原因是
(1)实验主要步骤如下:
①测量
和拉力传感器的总质量M1;把细线的一端固定在拉力传感器上,另
一端通过定滑轮与钩码相连;正确连接所需电路.
②将小车停在C点,
,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力及小车通过A,B
点时的速度.
③在小车中增加砝码或
,重复②的操作.
解析:(1)①在实验过程中拉力对小车和拉力传感器做功使小车和拉力传感器的 动能增加,所以需要测量小车和拉力传感器的总质量;③通过控制变量法只改变 小车的质量或只改变拉力大小得出不同的数据; 答案:(1)①小车 ②释放小车 ③改变钩码数量
答案:(4)AC
类型二 探究思路的迁移
【典例2】 某实验小组利用拉力传感器和速度传感器“探究功与动能变化的关 系”.如图所示,他们将拉力传感器固定在小车上,用不可伸长的细线将其通过一个 定滑轮与钩码相连,用拉力传感器记录小车受到拉力的大小.在水平桌面上相距50.0 cm的A,B两点各安装一个速度传感器,记录小车通过A,B点时的速度大小,小车中可 以放置砝码.
(用相关数据前字母列式)把打下第5点时小车的动能作为小车动能的改变量,算得Ek=
0.125 J.
解析:(3)根据题意物体所受合外力为 F=mg=0.05×10 N=0.50 N,根据功的定 义可知 W=Fs=mgh=0.180 J;根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于
该过程中的平均速度可以求出第 5 个点的速度大小为 v= d6 d4 = d6 d4 f
三、注意事项 1.实验中要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车质量,前者的总质量最好不要超过 后者的 .只有这样,砝码和砝码盘的总重力才能视为小车受到的拉力. 2.平衡摩擦力时不要加砝码,但应连着纸带(纸带穿过打点计时器)且接通电源,用手给
小车一个初速度,如果1 在纸带上打出的点的间隔基本上均匀,就表明小车受到的阻力 跟小车的重力沿斜面1 0 方向的分力平衡.
得各计数点到0点距离分别为d1=0.041 m,d2=0.055 m,d3=0.167 m,d4=0.256 m,d5=0.360
m,d6=0.480 m…他把钩码重力(当地重力加速度g=10 m/s2)作为小车所受合力,算出打下
0点到打下第5点合力做功W=
J(结果保留三位有效数字),用正确的公式Ek=
答案:(3)见解析图
点击进入 分层巩固·提升能力
0.200 0.420
W3 1.210 1.430
解析:(2)通过拉力传感器的示数和A,B间距用W=FL可计算拉力做的功; 答案:(2)0.600 J 0.610 J
பைடு நூலகம்
(3)根据表格,请在图中的方格纸上作出ΔE-W图线.
解析:(3)利用图像法处理数据,可知W与ΔE成正比,作图可用描点法,图线如图所 示.
实验一 探究合外力做功和动能变化的关系
实验解读 科学探究 典例研析
实验解读·萃取精华
科学探究·突破创新
一、数据处理 1.合外力对小车所做的功W=Fx (1)合外力:在砝码和盘的总质量远小于小车质量的情况下,小车所受合外力大小近似 等于砝码和盘的总重力大小,即F=mg. (2)位移:用刻度尺量出纸带上起始点到各计数点的距离即为小车所发生的位移大小 x,如图所示.
1 0.500 2 0.500 3 0.500 4 1.000 5 1.000
v22 - v12 | |/(m2/s2) 0.76 1.65 2.40 2.40 2.84
ΔE/J F/N W/J
0.190 0.413 ΔE3 1.200 1.420
0.400 0.840 1.220 2.420 2.860
典例研析·把握核心
类型一 实验操作、数据处理及误差分析 【典例1】 (2018·河南新乡高一检测)某同学为探究“合力做功与物体动能改变的 关系”设计了如下实验,他的操作步骤:
2.小车动能的变化 ΔEk= Mv2 (1)小车1 质量:用天平称出小车质量M. (2)小车2 运动的瞬时速度:用“匀变速直线运动中某段时间内的平均速度等于其中间 时刻的瞬时速度”计算小车运动的瞬时速度.如上述纸带中打点计时器打“D”时小 车的瞬时速度为vD= . 通过上述计算,判断小车运动到打下各计数点的过程中合外力对它所做的功W与其 动能的增加ΔEk是否相等.
(1)按图(甲)摆好实验装置,其中小车质量M=0.20 kg,钩码总质量m=0.05 kg. (2)先接通打点计时器的电源(电源频率为f=50 Hz),然后释放小车,打出一条纸带.
(3)他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条,如图(乙)所示.把打下的第
一点记作0,然后依次取若干个计数点,相邻计数点间还有4个点未画出,用厘米刻度尺测
xCE
2T
二、误差分析
偶然 误差
系统 误差
产生原因
减小方法
测量小车位移x不准确
视线垂直刻度尺;进行较合 理地估读
(1)没有平衡摩擦力或 平衡摩擦力不够; (2)没有满足砝码和盘 的总质量远小于小车质 量
(1)平衡摩擦力,且小车后 的纸带穿过打点计时器; (2)尽量满足砝码和盘的总 质量远小于小车质量
mg-F=ma 解得 F= mgM ,由此可知当 M≫m 时,钩码的重力等于绳子的拉力, M m
因此当钩码质量太大时,会造成较大误差,故选项 A 正确,B 错误;实验中要进 行平衡摩擦力操作,若没有平衡摩擦力直接将钩码重力做的功当做小车合外 力做的功,会造成较大误差,故选项 C 正确;距离的测量产生的误差是偶然误 差,不是该实验产生的主要误差,故选项 D 错误.
. A.钩码质量太大,使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多 B.钩码质量太小,使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多 C.没有平衡摩擦力,使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多 D.没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的主要原因
解析:(4)设绳子上拉力为 F,对小车根据牛顿第二定律有 F=Ma;对钩码有
(2)下表是他们测得的一组数据,其中 M 是 M1 与小车中砝码质量之和,| v22 - v12 | 是两个速度传感器记录速度的平方差,可以据此计算出动能变化量ΔE,F 是拉力
传感器受到的拉力,W 是 F 在 A,B 间所做的功.表格中的ΔE3=
,W3=
.
(结果保留三位有效数字)
数据记录表
次数 M/kg
2t
10
(其中 t=5T= 5 ) f
动能公式为 Ek= 1 Mv2= 1 M[ d6 d4 f ]2= Mf 2 (d6-d4)2.
22
10
200
答案:(3)0.180 Mf 2 (d6-d4)2 200
(4)此次实验探究的结果,他没能得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”, 且误差很大.通过反思,他认为产生误差的主要原因是
(1)实验主要步骤如下:
①测量
和拉力传感器的总质量M1;把细线的一端固定在拉力传感器上,另
一端通过定滑轮与钩码相连;正确连接所需电路.
②将小车停在C点,
,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力及小车通过A,B
点时的速度.
③在小车中增加砝码或
,重复②的操作.
解析:(1)①在实验过程中拉力对小车和拉力传感器做功使小车和拉力传感器的 动能增加,所以需要测量小车和拉力传感器的总质量;③通过控制变量法只改变 小车的质量或只改变拉力大小得出不同的数据; 答案:(1)①小车 ②释放小车 ③改变钩码数量
答案:(4)AC
类型二 探究思路的迁移
【典例2】 某实验小组利用拉力传感器和速度传感器“探究功与动能变化的关 系”.如图所示,他们将拉力传感器固定在小车上,用不可伸长的细线将其通过一个 定滑轮与钩码相连,用拉力传感器记录小车受到拉力的大小.在水平桌面上相距50.0 cm的A,B两点各安装一个速度传感器,记录小车通过A,B点时的速度大小,小车中可 以放置砝码.
(用相关数据前字母列式)把打下第5点时小车的动能作为小车动能的改变量,算得Ek=
0.125 J.
解析:(3)根据题意物体所受合外力为 F=mg=0.05×10 N=0.50 N,根据功的定 义可知 W=Fs=mgh=0.180 J;根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于
该过程中的平均速度可以求出第 5 个点的速度大小为 v= d6 d4 = d6 d4 f
三、注意事项 1.实验中要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车质量,前者的总质量最好不要超过 后者的 .只有这样,砝码和砝码盘的总重力才能视为小车受到的拉力. 2.平衡摩擦力时不要加砝码,但应连着纸带(纸带穿过打点计时器)且接通电源,用手给
小车一个初速度,如果1 在纸带上打出的点的间隔基本上均匀,就表明小车受到的阻力 跟小车的重力沿斜面1 0 方向的分力平衡.
得各计数点到0点距离分别为d1=0.041 m,d2=0.055 m,d3=0.167 m,d4=0.256 m,d5=0.360
m,d6=0.480 m…他把钩码重力(当地重力加速度g=10 m/s2)作为小车所受合力,算出打下
0点到打下第5点合力做功W=
J(结果保留三位有效数字),用正确的公式Ek=
答案:(3)见解析图
点击进入 分层巩固·提升能力
0.200 0.420
W3 1.210 1.430
解析:(2)通过拉力传感器的示数和A,B间距用W=FL可计算拉力做的功; 答案:(2)0.600 J 0.610 J
பைடு நூலகம்
(3)根据表格,请在图中的方格纸上作出ΔE-W图线.
解析:(3)利用图像法处理数据,可知W与ΔE成正比,作图可用描点法,图线如图所 示.
实验一 探究合外力做功和动能变化的关系
实验解读 科学探究 典例研析
实验解读·萃取精华
科学探究·突破创新
一、数据处理 1.合外力对小车所做的功W=Fx (1)合外力:在砝码和盘的总质量远小于小车质量的情况下,小车所受合外力大小近似 等于砝码和盘的总重力大小,即F=mg. (2)位移:用刻度尺量出纸带上起始点到各计数点的距离即为小车所发生的位移大小 x,如图所示.
1 0.500 2 0.500 3 0.500 4 1.000 5 1.000
v22 - v12 | |/(m2/s2) 0.76 1.65 2.40 2.40 2.84
ΔE/J F/N W/J
0.190 0.413 ΔE3 1.200 1.420
0.400 0.840 1.220 2.420 2.860