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2022-2023年高考物理一轮复习 实验：探究功与速度变化的关系课件
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这是一份2022-2023年高考物理一轮复习 实验：探究功与速度变化的关系课件，共32页。PPT课件主要包含了解析答案，毫米刻度尺，平衡摩擦力，mgx2＋x3，答案AC，图10，图11，先接通电源，再释放小车，关闭打点计时器电源等内容，欢迎下载使用。
一、方案一 借助恒力做功探究功与速度变化的关系
1.原理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 当作小车受到的牵引力.如图1所示.
改变钩码的质量或者改变小车运动的 ,也就改变了牵引力做的功,从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系.
2.实验步骤(1)按如图1所示安装好实验仪器.(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,不挂钩码,接通电源,轻推小车,直到打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点为止.(3)在小车中放入砝码,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.(4)将小车停在打点计时器附近,先接通电源,再释放小车,小车运动一段时间后,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x1、x2、x3…,利用公式vn＝ 求出点1、点2、点3…对应的瞬时速度v1、v2、v3….(3)确定此纸带所挂的钩码的重力G,利用Wn＝Gxn,分别求出小车的位移为x1、x2、x3…时牵引力所做的功W1、W2、W3….(4)先对测量数据进行估算,或作W－v草图,大致判断两个量可能的关系,如果认为是W∝v2(或其他),然后以W为纵坐标,v2(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,小车能做匀速直线运动.(2)计算牵引力做功时,可以不必算出具体数值,只用位移的数值与符号G的乘积表示即可.
二、方案二 借助橡皮筋变力做功探究功与速度变化的关系
1.原理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,橡皮筋对小车做的功分别是一条橡皮筋做功时的相应 ,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.2.实验步骤(1)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v1,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.(4)换用2条、3条、4条……同样的橡皮筋做实验,并使橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同,测出v2、v3、v4…,橡皮筋对小车做功分别为2W、3W、4W…,将数据记入表格.
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)实验中不必测出功的具体数值,只要测出以后各次实验时做的功是第一次实验时的多少倍即可.(4)平衡摩擦力时,不要拴橡皮筋,但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来求小车的速度.
一、借助橡皮筋变力做功探究功与速度变化的关系
例1 某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化的关系”的实验,如图4所示,图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行,这时,橡皮筋对小车做的功为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,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致.每次实验时中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.
(1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、刻度尺和________(填“交流”或“直流”)电源.解析 打点计时器使用的是交流电源.
(2)若木板水平放置,小车在两条橡皮筋的作用下运动,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B.橡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
解析 木板水平放置时,木板对小车有摩擦力作用,当橡皮筋对小车的拉力与摩擦力平衡时,小车的速度最大,所以橡皮筋仍处于伸长状态,故B项正确.答案 B
(3)在正确操作情况下,打在纸带上的点,并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用纸带的________部分进行测量(根据图5所示的纸带回答).
解析 应选用纸带上间隔不变的一段求速度,即GK段.
(4)下面是本实验的数据记录表：
从理论上讲,橡皮筋做的功Wn和小车速度vn的关系应是Wn∝________.请运用表中测定的数据在图6所示的坐标系中作出相应的图象,验证理论的正确性.
例2 为了探究“合力做功与速度变化的关系”,某学习小组在实验室组装了如图7所示的装置,备有下列器材：打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、天平、细沙.他们称得滑块的质量为M、沙和小桶的总质量为m.当滑块连接上纸带,让细线跨过滑轮并悬挂空的小桶时,滑块处于静止状态.要完成该实验,请回答下列问题：
二、借助恒力做功探究功与速度变化的关系
(1)要完成本实验,还缺少的实验器材是____________.(2)实验时为保证滑块受到的合力与沙、小桶的总重力大小基本相等,沙和小桶的总质量应满足的实验条件是________________________________,实验时为保证细线拉力等于滑块所受的合力,首先要做的步骤是______________.
沙和小桶的总质量远小于滑块的质量
(3)在满足(2)问的条件下,让小桶带动滑块加速运动,如图8所示为打点计时器所打的纸带的一部分,图中A、B、C、D、E是按时间先后顺序确定的计数点,相邻计数点间的时间间隔为T,相邻计数点间的距离已标注在图上,当地重力加速度为g,在B、D两点间对滑块研究,合力对滑块做的功为____________,vB＝____________,vD＝____________(用题中所给的表示数据的字母表示).
1.在“探究做功与速度变化的关系”实验中,常用的两种实验方案如图9所示：甲通过重物提供牵引力,小车在牵引力作用下运动,用打点计时器测量小车的速度,定量计算牵引力所做的功,进而探究牵引力所做功与小车速度的关系；乙通过不同条数橡皮筋的作用下将小车弹出,用打点计时器测量小车的速度,进而探究橡皮筋对小车所做功与其速度的关系.
(1)(多选)针对这两种实验方案,以下说法正确的是( )A.甲可以只打一条纸带研究,而乙必须打足够多条纸带才能研究B.甲中需要平衡小车运动中受到的阻力,而乙中不需要平衡阻力C.甲中小车质量必须远大于所挂重物的质量,而乙中小车质量没有特别的 要求D.乙方案中,换用2根同样的橡皮筋在同一位置释放,橡皮筋所做的功与 一根橡皮筋拉至伸长量为原来2倍时橡皮筋所做的功是一样的
解析 甲实验中根据打下的一条纸带,运用匀变速直线运动的推论可求得速度,并能根据纸带测量出重物下落的距离,即可进行探究；在乙实验中,要改变拉力做功时,用不同条数的橡皮筋且拉到相同的长度,这样橡皮筋对小车做的功才有倍数关系,所以必须打足够多条纸带才能研究,故A正确.在两个实验中,小车下滑时受到重力、细线或橡皮筋的拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,则都要用重力的下滑分量来平衡摩擦力,使得拉力的功等于合外力对小车做的功,故B错误.在甲实验中,要用重物的重力替代细线的拉力,必须满足这个条件：小车质量远大于所挂重物的质量；而在乙实验中,小车质量没有特别的要求,故C正确.橡皮筋伸长量越大,拉力越大,在乙实验中,换用2根同样的橡皮筋在同一位置释放,若橡皮筋伸长量变为原来的2倍,则橡皮筋做功增加,大于原来的2倍,故D错误.故选A、C.
(2)某同学在实验中打出的一条纸带如图10所示,0、1、2…7为纸带上连续打出的点,打点计时器的电源频率为50 Hz.根据这条纸带,可以判断他在实验中采用的方案是________(填“甲”或“乙”),实验中小车失去外力后的速度为________ m/s.
答案 乙 1.75
2.某实验小组采用如图11所示的装置探究功与速度变化的关系,图中小车中可放置砝码,实验中,打点计时器的工作频率为50 Hz.
(1)实验的部分步骤如下：①在小车中放入砝码,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；②将小车停在打点计时器附近,______________,________________,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一系列点,__________________；③改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复②的操作.解析 将小车停在打点计时器附近后,需先接通电源,再释放小车,让其拖动纸带,待打点计时器在纸带上打下一系列点后,关闭打点计时器电源.
(2)图12是钩码质量为0.03 kg、砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点O及A、B、C、D、E计数点,可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表中的相应位置.
解析 在验证C点时,由题图可知,C点与刻度尺上的6.18 cm(6.16～6.20 cm均可)对齐,所以C点距O点的
答案 5.18(5.16～5.20均可) 0.49
一、方案一 借助恒力做功探究功与速度变化的关系
1.原理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 当作小车受到的牵引力.如图1所示.
改变钩码的质量或者改变小车运动的 ,也就改变了牵引力做的功,从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系.
2.实验步骤(1)按如图1所示安装好实验仪器.(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,不挂钩码,接通电源,轻推小车,直到打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点为止.(3)在小车中放入砝码,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.(4)将小车停在打点计时器附近,先接通电源,再释放小车,小车运动一段时间后,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x1、x2、x3…,利用公式vn＝ 求出点1、点2、点3…对应的瞬时速度v1、v2、v3….(3)确定此纸带所挂的钩码的重力G,利用Wn＝Gxn,分别求出小车的位移为x1、x2、x3…时牵引力所做的功W1、W2、W3….(4)先对测量数据进行估算,或作W－v草图,大致判断两个量可能的关系,如果认为是W∝v2(或其他),然后以W为纵坐标,v2(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,小车能做匀速直线运动.(2)计算牵引力做功时,可以不必算出具体数值,只用位移的数值与符号G的乘积表示即可.
二、方案二 借助橡皮筋变力做功探究功与速度变化的关系
1.原理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,橡皮筋对小车做的功分别是一条橡皮筋做功时的相应 ,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.2.实验步骤(1)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v1,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.(4)换用2条、3条、4条……同样的橡皮筋做实验,并使橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同,测出v2、v3、v4…,橡皮筋对小车做功分别为2W、3W、4W…,将数据记入表格.
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)实验中不必测出功的具体数值,只要测出以后各次实验时做的功是第一次实验时的多少倍即可.(4)平衡摩擦力时,不要拴橡皮筋,但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来求小车的速度.
一、借助橡皮筋变力做功探究功与速度变化的关系
例1 某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化的关系”的实验,如图4所示,图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行,这时,橡皮筋对小车做的功为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,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致.每次实验时中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.
(1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、刻度尺和________(填“交流”或“直流”)电源.解析 打点计时器使用的是交流电源.
(2)若木板水平放置,小车在两条橡皮筋的作用下运动,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B.橡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
解析 木板水平放置时,木板对小车有摩擦力作用,当橡皮筋对小车的拉力与摩擦力平衡时,小车的速度最大,所以橡皮筋仍处于伸长状态,故B项正确.答案 B
(3)在正确操作情况下,打在纸带上的点,并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用纸带的________部分进行测量(根据图5所示的纸带回答).
解析 应选用纸带上间隔不变的一段求速度,即GK段.
(4)下面是本实验的数据记录表：
从理论上讲,橡皮筋做的功Wn和小车速度vn的关系应是Wn∝________.请运用表中测定的数据在图6所示的坐标系中作出相应的图象,验证理论的正确性.
例2 为了探究“合力做功与速度变化的关系”,某学习小组在实验室组装了如图7所示的装置,备有下列器材：打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、天平、细沙.他们称得滑块的质量为M、沙和小桶的总质量为m.当滑块连接上纸带,让细线跨过滑轮并悬挂空的小桶时,滑块处于静止状态.要完成该实验,请回答下列问题：
二、借助恒力做功探究功与速度变化的关系
(1)要完成本实验,还缺少的实验器材是____________.(2)实验时为保证滑块受到的合力与沙、小桶的总重力大小基本相等,沙和小桶的总质量应满足的实验条件是________________________________,实验时为保证细线拉力等于滑块所受的合力,首先要做的步骤是______________.
沙和小桶的总质量远小于滑块的质量
(3)在满足(2)问的条件下,让小桶带动滑块加速运动,如图8所示为打点计时器所打的纸带的一部分,图中A、B、C、D、E是按时间先后顺序确定的计数点,相邻计数点间的时间间隔为T,相邻计数点间的距离已标注在图上,当地重力加速度为g,在B、D两点间对滑块研究,合力对滑块做的功为____________,vB＝____________,vD＝____________(用题中所给的表示数据的字母表示).
1.在“探究做功与速度变化的关系”实验中,常用的两种实验方案如图9所示：甲通过重物提供牵引力,小车在牵引力作用下运动,用打点计时器测量小车的速度,定量计算牵引力所做的功,进而探究牵引力所做功与小车速度的关系；乙通过不同条数橡皮筋的作用下将小车弹出,用打点计时器测量小车的速度,进而探究橡皮筋对小车所做功与其速度的关系.
(1)(多选)针对这两种实验方案,以下说法正确的是( )A.甲可以只打一条纸带研究,而乙必须打足够多条纸带才能研究B.甲中需要平衡小车运动中受到的阻力,而乙中不需要平衡阻力C.甲中小车质量必须远大于所挂重物的质量,而乙中小车质量没有特别的 要求D.乙方案中,换用2根同样的橡皮筋在同一位置释放,橡皮筋所做的功与 一根橡皮筋拉至伸长量为原来2倍时橡皮筋所做的功是一样的
解析 甲实验中根据打下的一条纸带,运用匀变速直线运动的推论可求得速度,并能根据纸带测量出重物下落的距离,即可进行探究；在乙实验中,要改变拉力做功时,用不同条数的橡皮筋且拉到相同的长度,这样橡皮筋对小车做的功才有倍数关系,所以必须打足够多条纸带才能研究,故A正确.在两个实验中,小车下滑时受到重力、细线或橡皮筋的拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,则都要用重力的下滑分量来平衡摩擦力,使得拉力的功等于合外力对小车做的功,故B错误.在甲实验中,要用重物的重力替代细线的拉力,必须满足这个条件：小车质量远大于所挂重物的质量；而在乙实验中,小车质量没有特别的要求,故C正确.橡皮筋伸长量越大,拉力越大,在乙实验中,换用2根同样的橡皮筋在同一位置释放,若橡皮筋伸长量变为原来的2倍,则橡皮筋做功增加,大于原来的2倍,故D错误.故选A、C.
(2)某同学在实验中打出的一条纸带如图10所示,0、1、2…7为纸带上连续打出的点,打点计时器的电源频率为50 Hz.根据这条纸带,可以判断他在实验中采用的方案是________(填“甲”或“乙”),实验中小车失去外力后的速度为________ m/s.
答案 乙 1.75
2.某实验小组采用如图11所示的装置探究功与速度变化的关系,图中小车中可放置砝码,实验中,打点计时器的工作频率为50 Hz.
(1)实验的部分步骤如下：①在小车中放入砝码,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；②将小车停在打点计时器附近,______________,________________,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一系列点,__________________；③改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复②的操作.解析 将小车停在打点计时器附近后,需先接通电源,再释放小车,让其拖动纸带,待打点计时器在纸带上打下一系列点后,关闭打点计时器电源.
(2)图12是钩码质量为0.03 kg、砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点O及A、B、C、D、E计数点,可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表中的相应位置.
解析 在验证C点时,由题图可知,C点与刻度尺上的6.18 cm(6.16～6.20 cm均可)对齐,所以C点距O点的
答案 5.18(5.16～5.20均可) 0.49
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