2018-2019学年高中人教物理必修二课件：第七章 机械能守恒定律 7.6

(4)下面是本实验的数据记录及数据处理表。
从理论上讲,橡皮筋做的功Wn与物体获得的速度vn之间 的关系是Wn∝________,请你运用表中的数据在如图乙 所示的坐标系中作出相应的图象,以验证理论的正确
性。
【解析】(1)要计算某点速度的大小,必须要测量纸带上 计数点间的距离,除了题图中已给出的实验器材和电源 外,还需要的器材是刻度尺。 (2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动,应采取的 措施是把放打点计时器一端的木板垫起适当的高度以 平衡摩擦力。
慢匀速下滑。 (2)由匀速运动的速度公式v= x ,可求出小车的速度,
t
其中x可从题图中读出,分别为2.00 cm、2.83 cm、
3.46 cm、4.00 cm,交流电频率为50 Hz,故T=0.02 s。
在误差允许的范围内,橡皮筋对小车做的功与小车速度 的平方成正比。 答案:(1)将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高 度,使小车在不接橡皮筋时缓慢匀速下滑 (2)表格见解析 在误差允许的范围内,橡皮筋对小车做 的功与小车速度的平方成正比。
(1)如果每次实验时遮光条通过光电门的时间为t,小车
到光电门的距离为s,通过描点作出线性图象来反映合
力的功与动能改变量的关系,则所作图象关系是
________时才能符合实验要求。
A.s-t
B.s-t2
C.s-t-1
D.s-t-2
(2)下列实验操作中必要的是________。 A.调整轨道的倾角,在未挂重物时使小车能在轨道上匀 速运动 B.必须满足重物的质量远小于小车的质量 C.必须保证小车由静止状态开始释放
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。
(4)
v
n 2
图象如图所示
类型二 数据处理与误差分析 【典例2】为了探究功与速度变化的关系,现提供如图 所示的器材,打点计时器所接交流电频率为50 Hz。让 小车在橡皮筋的作用下弹出后沿木板滑行,请思考探究 思路并回答下列问题。
(1)为了消除摩擦力的影响应采取的措施为_________ ____________________________________________。 (2)当我们分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条……并 起来进行第1次、第2次、第3次……实验时,每次实验 中橡皮筋拉伸的长度都保持一致,我们把第1次实验中 橡皮筋对小车做的功记为W。
【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也会 造成误差。 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。
【注意事项】 1.平衡摩擦力:将木板一端垫高,使小车的重力沿斜面 向下的分力与摩擦阻力平衡。方法:使小车连着纸带并 接通电源,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做匀速运动,找到长木板的一个 合适的倾角。
【解析】(1)由题意可知,该同学是通过成倍改变位移
来改变做功的,设小车所受的合力为F,对小车,有Fs=
1 m ( d ) 2 ,即有s∝ 1 ,则D正确。
Hale Waihona Puke 2tt2(2)由(1)可知,公式中的F是指小车所受到的合力,而且 在整个实验过程中保持不变,所以在该实验中不需要平 衡摩擦力;同理可知,重物与小车质量的大小关系也不会 对实验结果产生影响;若小车释放速度不为0,则会对实 验结果产生影响,选项C正确。 答案:(1)D (2)C
由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打 点计时器和纸带测出,如图所示是其中四次实验打出的 部分纸带。
试根据以下信息,填写表格。
从表中数据可得出结论:_______________________。
【解析】(1)为了消除摩擦力,应将木板固定有打点计
时器的一端垫起适当的高度,使小车在不接橡皮筋时缓
类型三 拓展创新 【典例3】某同学用如图所示装置做“探究合力的功与 动能改变量的关系”的实验,他通过成倍增加位移的方 法来进行验证。方法如下:将光电门固定在水平轨道上 的B点,用重物通过细线拉小车,保持小车(带遮光条)和 重物的质量不变,已知遮光条的宽度d。通过改变小车
释放点到光电门的距离进行多次实验,每次实验时要求 小车都由静止释放。
2.选点测速:测小车的速度时,纸带上的点应选均匀部 分的,也就是选小车做匀速运动时的部分。 3.橡皮筋的选择:橡皮筋应选规格一样的。橡皮筋弹力 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.先后顺序: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.小车的选择:小车质量应适当大一些,使纸带上打的 点多一些。
2.确定速度的大小:小车获得的速度v可以由纸带和打 点计时器测出,也可以用其他方法测出。 3.寻找功与速度变化的关系:以橡皮筋拉力所做的功W 为纵坐标,小车获得的速度v为横坐标,作出W-v和W-v2 图象。分析图象,得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小 车获得的速度的定量关系。
【实验器材】 小车(前面带小钩)、长木板(两侧适当的对称位置钉
6.实验:探究功与速度变化的关系
【实验目的】 1.通过实验探究外力做功与物体速度变化的关系。 2.通过实验数据分析,总结出外力做功与物体速度平方 的正比关系。
【实验原理】 1.改变功的大小:如图所示的实验装置,用1条、2条、3 条…规格相同的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释 放,橡皮筋拉力对小车所做的功依次为W、2W、3W…
验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出,图 甲为某次实验中打出的纸带。
(1)除了图中已给出的实验器材和电源外,还需要的器 材有________。 (2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动,应采取 的措施是____________________。 (3)每次实验得到的纸带上的点分布并不都是均匀的, 为了测量小车最终获得的末速度,应选用纸带的_____ 部分进行测量。
类型一 实验原理及操作 【典例1】如图所示是某研究性学习小组的同学做探究 “橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验,图中是 小车在一条橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行的情形。这 时,橡皮筋对小车做功记为W。当用2条、3条…n条完全 相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…第n次实验 时,每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放。小车每次实
二、数据处理
1.求小车速度。
实验获得如图所示纸带,利用纸带上点迹均匀的一段测
出两点间的距离,如纸带上A、C两点间的距离x,则v= x
2T
(其中T为打点周期)。
2.计算W、2W、3W…时对应v、v2的数值,填入表格。
3.作图象分析:在坐标纸上分别作出 W-v 和 W-v2 图 线,从中找出功与速度变化的关系。
两个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线(若 使用电火花计时器则不用学生电源)、若干条等长的橡 皮筋、毫米刻度尺。
【实验过程】 一、实验步骤 1.按原理图将仪器安装好。 2.平衡摩擦力:在长木板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)小车最终做匀速运动,因此应选用相邻两计数点间
隔相等的部分。
(4)根据动能定理可知,从理论上讲,橡皮筋做的功Wn与
物体获得的速度vn之间的关系是Wn∝v
n 2
;以Wn为纵坐标,
以
v
n 为横坐标,用描点作图法作图,图象是过原点的直
2
线,说明Wn∝ v
n 2
。
答案:(1)刻度尺 (2)把木板的左端垫起适当的高度以 平衡摩擦力 (3)每相邻两点之间距离相等(或点分布均 匀)