实验5 探究恒力做功与动能改变的关系
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实验五 探究恒力做功与动能改变的关系
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
误差分析 1．若忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力会对实验结果产生 影响． 2．实验中，由于钩码质量远小于小车质量，可认为绳子对小车 的拉力 F大小等于钩码重力 mg.但实际情况是：钩码向下的运
动是加速运动， mg － F ＝ ma ，所以 F<mg.F 与 mg 的差别在钩
图7
基本实验要求 实验热点聚焦 拓展创新实验
请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化ΔEk.补填表 中空格(结果保留至小数点后第四位)． O—B W/J ΔEk/J 0.043 2 0.043 0 O—C 0.057 2 0.057 0 O—D 0.073 4 0.073 4 O—E 0.091 5 0.090 7 O—F
码质量偏大时会对实验结果产生影响． 3．测量纸带上各点之间的距离时会产生误差.
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
热点一
实验原理及误差分析
【典例1】 在探究“恒力做功和物体动能变化之间的关系”的实
验中，某同学的实验设计方案如图1所示．则：
图1
基本实验要求 实验热点聚焦 拓展创新实验
(1) 该实验用钩码的重力表示小车受到的合外力，在安装时首先
量成正比，所以当钩码个数分别为2、3、4、5时，外力对滑块做
功分别为 2W0 、 3W0 、 4W0 、 5W0. 滑块每次通过光电门的速度及 其平方分别为
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
d v1＝ ≈1.00 m/s；v12＝1 m2/s2； Δt1 d v2＝ ≈1.42 m/s；v22≈2 m2/s2； Δt2 d v3＝ ≈1.72 m/s；v32≈3 m2/s2； Δt3 d v4＝ ≈2.00 m/s； Δt4 v42＝4 m2/s2； d v5＝ ≈2.25 m/s； Δt5
－2
m/s＝0.653 m/s.
答案
①C
基本实验要求
②0.653
实验热点聚焦 拓展创新实验
热点二
实验过程及数据处理
【典例2】 利用如图5所示的装置探究外力做功与动能改变的关 系，滑块在不同个数的钩码作用下，从同一位置由静止释放 (已知光电门的宽度为2 cm)．各项实验数据如下表．
图5
基本实验要求
实验热点聚焦
图6
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
(1)为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的
位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做
________运动． (2) 连接细绳及托盘 ， 放入砝码 ，通过实验得到图 7 所示的纸 带．纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1 s的相邻计数点 A、B、C、D、E、 F、 G.实验时小车所受拉力为 0.2 N，小车的质量为0.2 kg.
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
答案
(1) 平衡小车与木板之间的摩擦力
钩码的重力远小于小
车的总重力 (2)钩码的重力和小车的总质量 (3)1.40
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
【跟踪短训】 1．[2013·福建卷，19(1)]在“探究恒力做功与动能改变的关系” 实验中(装置如图3)：
图3
________m/s.(计算结果保留三位有效数字)
图2
基本实验要求 实验热点聚焦 拓展创新实验
解析
(1)本实验在安装仪器时首先要平衡摩擦力， 其次为减
小实验误差，由牛顿第二定律可知 mg＝(M＋m)a，即 a＝ mg mg ，只有当 M≫m 时，a≈ M . M＋ m (2)由(1)可以看出实验中还需要测量的物理量为钩码的重力 和小车的总质量． x 28 mm (3)由纸带上对应点可以读出小车匀速运动时 v＝T＝ 0.02 s ＝1.40 m/s.
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
①下列说法哪一项是正确的________．(填选项前字母) A．平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上 B.为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量 C．实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放 ②图 4是实验中获得的一条纸带的一部分，选取 O、 A、 B、 C计
数点，已知打点计时器使用的交流电频率为 50 Hz，则打B点时
小车的瞬时速度大小为_____________________ m/s (保留三位有效数字)．
图4
基本实验要求 实验热点聚焦 拓展创新实验
解析
根据实验原理、实验操作步骤、误差分析、注意事项
判断； 应用运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求瞬时 速度． ①平衡摩擦力是让小车重力的下滑分力与摩擦力平衡， 故不 能挂钩码平衡摩擦力，选项 A 错误；本实验中，近似认为小 车所受拉力等于钩码的重力， 因此应使钩码的质量远小于小 车的质量，选项 B 错误；实验时，为充分利用纸带，应使小 车靠近打点计时器由静止释放，选项 C 正确． AC 18.59－5.53×10 ②vB＝ ＝ 2t 0.2
要 ____________ ， 其 次 钩 码 和 小 车 质 量 还 需 要 满 足 的 条 件 是
____________________． (2)实验中，除位移、速度外，还要测出的物理量有________． (3)在上述实验中，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz.某同学 打出的一段纸带如图所示，则小车匀速运动时的速度大小为
拓展创新实验
钩码 的个 数
1 2
外力对滑块 做的功W W0
滑块通过光电门 滑块通过光 的时间Δt(×10－ 电门的速度 2s) v(m/s)
2.00 1.41
滑块通过 光电门的 速度的平 方v2(m2/s2)
Fra Baidu bibliotek
3
4 5
1.16
1.00 0.89
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
(1)试完成上表． (2)根据表中数据作出W－v2图象． (3)由W－v2图象你能得出什么结论？ 解析 (1) 由于挂不同个数的钩码时，滑块都从同一位置由静止 释放，滑块每次移动的位移相同，则钩码对滑块做功与钩码的质
v52≈5 m2/s2；
基本实验要求 实验热点聚焦 拓展创新实验
(2)根据表中数据绘出图象如右图所示． (3)由W－v2可知，外力做功与物体动能的变化量成正比．
答案
见解析
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
【跟踪短训】 2．如图6所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系” 的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动 能变化的关系”的实验：
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
误差分析 1．若忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力会对实验结果产生 影响． 2．实验中，由于钩码质量远小于小车质量，可认为绳子对小车 的拉力 F大小等于钩码重力 mg.但实际情况是：钩码向下的运
动是加速运动， mg － F ＝ ma ，所以 F<mg.F 与 mg 的差别在钩
图7
基本实验要求 实验热点聚焦 拓展创新实验
请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化ΔEk.补填表 中空格(结果保留至小数点后第四位)． O—B W/J ΔEk/J 0.043 2 0.043 0 O—C 0.057 2 0.057 0 O—D 0.073 4 0.073 4 O—E 0.091 5 0.090 7 O—F
码质量偏大时会对实验结果产生影响． 3．测量纸带上各点之间的距离时会产生误差.
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
热点一
实验原理及误差分析
【典例1】 在探究“恒力做功和物体动能变化之间的关系”的实
验中，某同学的实验设计方案如图1所示．则：
图1
基本实验要求 实验热点聚焦 拓展创新实验
(1) 该实验用钩码的重力表示小车受到的合外力，在安装时首先
量成正比，所以当钩码个数分别为2、3、4、5时，外力对滑块做
功分别为 2W0 、 3W0 、 4W0 、 5W0. 滑块每次通过光电门的速度及 其平方分别为
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
d v1＝ ≈1.00 m/s；v12＝1 m2/s2； Δt1 d v2＝ ≈1.42 m/s；v22≈2 m2/s2； Δt2 d v3＝ ≈1.72 m/s；v32≈3 m2/s2； Δt3 d v4＝ ≈2.00 m/s； Δt4 v42＝4 m2/s2； d v5＝ ≈2.25 m/s； Δt5
－2
m/s＝0.653 m/s.
答案
①C
基本实验要求
②0.653
实验热点聚焦 拓展创新实验
热点二
实验过程及数据处理
【典例2】 利用如图5所示的装置探究外力做功与动能改变的关 系，滑块在不同个数的钩码作用下，从同一位置由静止释放 (已知光电门的宽度为2 cm)．各项实验数据如下表．
图5
基本实验要求
实验热点聚焦
图6
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
(1)为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的
位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做
________运动． (2) 连接细绳及托盘 ， 放入砝码 ，通过实验得到图 7 所示的纸 带．纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1 s的相邻计数点 A、B、C、D、E、 F、 G.实验时小车所受拉力为 0.2 N，小车的质量为0.2 kg.
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
答案
(1) 平衡小车与木板之间的摩擦力
钩码的重力远小于小
车的总重力 (2)钩码的重力和小车的总质量 (3)1.40
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
【跟踪短训】 1．[2013·福建卷，19(1)]在“探究恒力做功与动能改变的关系” 实验中(装置如图3)：
图3
________m/s.(计算结果保留三位有效数字)
图2
基本实验要求 实验热点聚焦 拓展创新实验
解析
(1)本实验在安装仪器时首先要平衡摩擦力， 其次为减
小实验误差，由牛顿第二定律可知 mg＝(M＋m)a，即 a＝ mg mg ，只有当 M≫m 时，a≈ M . M＋ m (2)由(1)可以看出实验中还需要测量的物理量为钩码的重力 和小车的总质量． x 28 mm (3)由纸带上对应点可以读出小车匀速运动时 v＝T＝ 0.02 s ＝1.40 m/s.
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
①下列说法哪一项是正确的________．(填选项前字母) A．平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上 B.为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量 C．实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放 ②图 4是实验中获得的一条纸带的一部分，选取 O、 A、 B、 C计
数点，已知打点计时器使用的交流电频率为 50 Hz，则打B点时
小车的瞬时速度大小为_____________________ m/s (保留三位有效数字)．
图4
基本实验要求 实验热点聚焦 拓展创新实验
解析
根据实验原理、实验操作步骤、误差分析、注意事项
判断； 应用运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求瞬时 速度． ①平衡摩擦力是让小车重力的下滑分力与摩擦力平衡， 故不 能挂钩码平衡摩擦力，选项 A 错误；本实验中，近似认为小 车所受拉力等于钩码的重力， 因此应使钩码的质量远小于小 车的质量，选项 B 错误；实验时，为充分利用纸带，应使小 车靠近打点计时器由静止释放，选项 C 正确． AC 18.59－5.53×10 ②vB＝ ＝ 2t 0.2
要 ____________ ， 其 次 钩 码 和 小 车 质 量 还 需 要 满 足 的 条 件 是
____________________． (2)实验中，除位移、速度外，还要测出的物理量有________． (3)在上述实验中，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz.某同学 打出的一段纸带如图所示，则小车匀速运动时的速度大小为
拓展创新实验
钩码 的个 数
1 2
外力对滑块 做的功W W0
滑块通过光电门 滑块通过光 的时间Δt(×10－ 电门的速度 2s) v(m/s)
2.00 1.41
滑块通过 光电门的 速度的平 方v2(m2/s2)
Fra Baidu bibliotek
3
4 5
1.16
1.00 0.89
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
(1)试完成上表． (2)根据表中数据作出W－v2图象． (3)由W－v2图象你能得出什么结论？ 解析 (1) 由于挂不同个数的钩码时，滑块都从同一位置由静止 释放，滑块每次移动的位移相同，则钩码对滑块做功与钩码的质
v52≈5 m2/s2；
基本实验要求 实验热点聚焦 拓展创新实验
(2)根据表中数据绘出图象如右图所示． (3)由W－v2可知，外力做功与物体动能的变化量成正比．
答案
见解析
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
【跟踪短训】 2．如图6所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系” 的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动 能变化的关系”的实验：