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1、第七章机械能守恒定律6实验：探究功与速度变化的关系学 习 目 标1 通过实验探究力对物体做的 功与物体速度变化的关系.2学习利用图象法研究功与物 体速度变化的关系.考 试 要 求学考选考VV技能储备明确原理提炼方法题型演练达标检测学以致用实训演练检测评价达标过关技能储备_、方案一 借助恒力做功探究功与速度变化的关系由钩码通过滑轮牵引小车，当小车的质量比钩码大得多时，可以把钩码 所受的星力_当作小车受到的牵引力.如图1所示.哥5町图1改变钩码的质量或者改变小车运动的距罔，也就改变了牵引力做的说从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系.对对答案吧2 实验步骤(1) 按如图1所示安装好实验仪器.
2、图1(2) 平衡摩擦力：将安装有打点计时器的 长木板的一端垫高，让纸带穿过打点计 时器连在小车后端，不挂(填“不挂”或“挂上”)钩码，接通电源，轻 推小车，直到打点计时器在纸带上打出迴壓1习的点为止.(3) 在小车中放入石去码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线绕过滑轮连接小车和钩码.将小车停在打点计时器附近，先接通电源，再释放小芝,小车运动段时间后，关闭打点计时器电源.(5)改变钩码的数量，更换纸带重复(4)的操作.3 数据处理(1) 选取点迹清晰的纸带，选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点, 并依次标上0、1、2、3.(2) 测出0到点1、点2、点3的距离，即对应的小车的位移兀1
3、、兀2、兀3,+ 1 心-1利用公式q二2T求出点1、点2、点3对应的瞬时速度4、。2、(3) 确定此纸带所挂的钩码的重力G,利用肥二G& ,分别求出小车的位 移为兀1、兀2、兀3时牵引力所做的功"1、“2、吧.对对答案吧(4) 先对测量数据进行估算，或作W-g草图，大致判断两个量可能的关冠 如果认为是恥-沪(或其他)，然后以W为纵坐标，(或其他)为横坐标作 图，从而判定结论.4 注意事项(1) 平衡摩擦力时，不挂钩码，轻推小车后，小车能拖着纸带做匀速直线 运动.(2) 为保证钩码的重力近似等于小车受到的牵引力，应使钩码的质量远小 于小车的质量.(3) 计算牵引力做功时，可以
4、不必算出具体数值，只用位移的数值与符号G的乘积表示即可.打点计时器二、方案二借助橡皮筋做功探究功与速度变化的关系1原理纸带橡皮筋小车使小车在橡皮筋的作用下弹出，如图2所示. 改变橡皮筋的条数（若有条同一规格的橡皮 筋），橡皮筋对小车做的功分别是一条橡皮 筋做功时的墮，测出小车被弹出后的速度, 能够找到橡皮筋对小车做的功与小车速度 的关系.对对答案吧2 实验步骤按如图2所示安装实验仪器(2) 平衡摩擦力.(3) 第一次先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度q,设此 时橡皮筋弹力对小车做的功为W,并将测得的数据记入表格.换用2条、3条、4条 同样的橡皮筋做实验，并使橡皮筋拉伸的
5、长 度都和第一次相同，测出。2、血、5，橡皮筋对小车做功分别为郛、谿 3W、4W，将数据记入表格.*3 数据处理(1) 速度数值的获得：实验获得的是如图3所示的纸带，为探究橡皮筋弹 力做功与小车速度变化的关系，需要测量的是弹力做功结束后小车的速 度，即小车做匀速运动的速度.所以,应该在纸带上测量的物理量是图中 间隔均匀的点A、金间的距离兀，小车此时速度的表达式为0 =务,其中卩 是打点计时器的打点周期.(2)计算橡皮筋弹力对小车做的功分别为W、2W、3W时对应的°、沪、 的数值，填入表格.W2W3W4W5WVV2V3逐一与W的一组数值对照，判断W与°、汽 汽&的可能
6、关系或尝试 着分别画出W与0、W与°2、W与°3、W与&间关系的图象，找出哪组 的图象是直线，从而确定功与速度的正确关系.4 注意事项(1) 实验时选择粗细、形状、长度、材料完全相同的橡皮筋.(2) 每次实验时都让小车从同一位置由静止释放，即保证每次实验中橡皮 筋拉伸的长度都保持一致.(3) 实验中不必算出功的具体数值，只要测出以后各次实验时做的功是第 次实验时的多少倍即可.(4) 平衡摩擦力时，不要拴橡皮筋冷旦应连着纸带且接通电源.(5) 打出的纸带上的点间距并不都是均匀的,应选取点间距均匀部分忝於小车的速度.£题型演练一.借助恒力做功探究功与速度变化的
7、关系例1（2018-浙江省高三“五校联考”第次考试）如图4所示，用质量为加的重 物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上 运动，打点计时器在纸带上记录小车的 运动情况利用该装置可以完成“探究做功与物体速度变化的关系”的实验.（1）打点计时器使用的电源是（填选项前的字母）.答案A.直流电源涉攵流电源（2）实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是（填选项前的字母）.奶巴长木板右端垫高B.改变小车的质量在不挂重物且（填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响.A.打点计时器不打点 書4丁点计时器打点(3) 接通电源，释放小车，打点计时器在
8、纸带上打下一系列点，将打下的 第一个点标为。在纸带上依次取4、B、C若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为厂测得A、B. C各点到。点的距离分别为兀1、兀2、-v* 儿3，如图5所示.1 OfCfi实验中，重物质量pz铳小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为血QB 远大于C 等于V%!>< X2< 也0：4Ci< X1>1< 兀2 V也图5(4) 从打0点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W二处打B点时小兀3 _兀车的速度。二2T .二.借助橡皮筋做功探究功与速度变化的关系例2某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图6所示, 图中小车是在一
9、条橡皮筋作用下弹出的，沿木板滑行，这时，橡皮筋对 小车做的功记为W.当用2条、3条、完全相同的橡皮筋并在一起进行 第2次、第3次、实验时（每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致）, 每次实验中小车获得的速度根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算.图6(1) 除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和空基(填 “交流”或“直流”)电源.解析打点计时器使用的是交流电源.(2) 实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻 力，接通电源后，下面操作正确的是A. 放开小车，能够自由下滑即可B. 放开小车，能够匀速下滑即可C. 放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可 也攵开拖着
10、纸带的小车，能够匀速下滑即可(3) 若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关 于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是A.橡皮筋处于原长状态 涉彳象皮筋仍处于伸长状态C. 小车在两个铁钉的连线处D. 小车已过两个铁钉的连线(4) 在操作正确的情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小 车3犬得的速度，应选用图7纸带的G丿(填“4G”或“G丿”)部分 进行测量.孕g h Ij图7解析从纸带上看，纸带的G丿段打点比较均匀，所以应选用纸带的G/段进行测量.例3在做“探究功与物体速度变化的关系”的实验时，小车的质量为加，an使用橡皮筋6根，每次增加一根，实验中
11、W； 0、沪的数据已填在表格中.Wz?(m-s 1)r2/(m2- s-2)00010.800.6421.101.2131.281.6441.532.3451.763.1061.893.57(1)试在图8中作出相应关系图象54320.4 0.8 1.2 1.6 2.0 /(m-s"1) 甲W-A-6 54321123 4乙5 z72/(m2-s2)答案见解析图答案解析5432O 0.4 0.81.21.6 2.0 力(mL) 甲123 4乙A-6 543215 z；2/(m2-s_2)(2)从图象可以得出的实验结论是卫仝_解析从乙图看出达标检测1.（借助橡皮筋做功探究功与速度变化的关
12、系）（2018新昌中学高三选考适 应性考试）小王同学做“探究合力做功与物体速度变化的关系”的实验装 置如图9所示，小车在橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行.先平衡摩擦力， 用1条橡皮筋对小车做的功记为W,当用2条、3条实验时，每次实验中 橡皮筋伸长的长度都保持一致.实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.图9（1）在实验准备过程，小王整理了一些实验器材如图10所示，还缺少的器材是（3个）6 V以下交流电源、刻度尺、导线；电磁打点计时器纸带小车橡皮筋垫高用的小木条固定夹带钉子的长木板图101 2(2) 用一条纸带穿过打点计时器，该同学发现有图11中的两种穿法，感至ij 有点犹豫你认为旦(选填“
13、A”或“B”)的穿法更合理；图11答案1 2(3) 该同学在实验过程中，应平衡摩擦力；应选长短、粗细一样的橡 皮筋若干；每次实验都让小车从同一位置由静止释放.以上操作对“实 验中每条橡皮筋做相同的功”这一要求有帮助的是(填序吕).1 2(1)实验的部分步骤如下:2.(借助恒力做功探究功与速度变化的关系) 某实验小组采用如图12所示的装置探究功与 速度变化的关系，图中小车中可放置百去码， 实验中，打点计时器的工作频率为50Hz 在小车中放入磋码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小 车和钩码； 将小车停在打点计时器附近，先接通电源，再释放小车, 带，打点计时器在纸带上打下一系列点，为
14、蛋小车拖动纸 改变钩码或小车中誌码的数量，更换纸带，重复的操作.图13是钩码质量为0.03 kg、石去码质量为0.02 kg时得到的一条纸带，在 纸带上选择起始点。及4、B、C、D、E计数点，可获得各计数点到。的 距离兀及对应时刻小车的瞬时速度久请将C点的测量结果填在表中的相 应位置.纸带运动方向BAOC2ITTTEllllllllllllll|111屮11【111|1111|111屮111|11叫1【11|111屮11丫11屮111|111 l|llll|345678910 11 12S13答案 5.18（5.16 5.20 均可）0.49测量点x/cmo/(ms-i)000.35A1.500.40B3.200.45CD7.150.53E9.410.60 .纸带的测量结果(3)本实验，若用钩码的重力表示小车受到 的合外力，为了减小这种做法带来的实验 误差，应采取的两项措施是： 平衡摩擦力 ： 钩码的重力远小于小车及石去码的总重力. 解析平衡摩擦力后，线上的拉力就等于 小车受到的合外力当钩码的重力远小于小 车及砥码的总重力时，线上的拉力近似等 于钩码的重力.解析I答案