1、前期准备明确原理知原理 抓住关键【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：采用如图所示的实验装置，用1条、2条、3条、规格同样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、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Wv或Wv2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)
2、、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、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。再现实验重视过程看过程 注重数据【实验步骤】1按原理图将仪器安装好。2平衡摩擦力：在长木板的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
3、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。【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(其中T为打点周期)。2计算W、2W、3W、时对应v、v2的数值，填入下面表格。WvW2W3W4W5Wvv23.作图象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。【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
4、。【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。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。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。剖析考点瞄准热点析考点 强化认识考点一对实验原理的考查 典题1
5、在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图甲所示)： (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)图乙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)。解析(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，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，B错误；实验时
6、，为充分利用纸带，应使小车靠近打点计时器由静止释放，C正确。(2)vB m/s0.653 m/s答案(1)C(2)0.6531多选用如图所示的装置做“探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是()A为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动B每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样C可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值D通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度解析：选ABC当小车拉着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，沿长木板方向的重力的分力大小等于摩擦力，即在实验中可消除摩擦力的影响，A正确；由实验原理
7、可知，每次实验橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样，B正确，实验是通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的，C正确；橡皮筋拉力做的总功等于小车动能的增加，此动能应为小车获得的最大动能，所以用打点计时器打下的纸带测定的是小车的最大速度，D错误。2(2016武汉模拟)某同学利用如图所示的装置“探究功与速度变化的关系”：在木块的左端固定一挡板，挡板上栓一轻质弹簧，弹簧的右端固定一小物块，物块的上方有一很窄的遮光片，当弹簧的长度为原长时，物块恰处于O点，O点的正上方有一光电门，光电门上连接计时器(图中未画出)。已知弹性势能的表达式为Epk(x)2。(1)实验开始时，_平衡摩擦力；_测量遮光片的宽度。(均填
8、“需要”或“不需要”)(2)所有实验条件具备后，将小物块向左压缩x后从静止释放，小物块在弹簧的作用下被弹出，记下遮光片通过光电门的时间t1。(3)将小物块向左压缩2x、3x、4x、后从静止释放，小物块在弹簧的作用下被弹出，分别记下遮光片通过光电门的时间t2、t3、t4、。(4)将几次实验中弹簧对小物块做的功分别记为W1、W2、W3、，则W1W2W3_，若以W为纵坐标、 为横坐标作图，则得到的图象是_(填“一条直线”或“一条曲线”)。解析：(1)由于该实验要求弹簧弹力做功，所以不能有摩擦力做功，所以需要平衡摩擦力。光电门测速度的原理是用平均速度来代替瞬时速度v，小物块在弹簧的作用下被弹出，记下遮
9、光片通过光电门的时间t，小物块的速度v，根据功能关系可以求出需要验证的关系式可知：Wmv2m，若以W为纵坐标、为横坐标作图，则得到的图象是一条倾斜直线，即可得到合力功与速度变化的关系，所以不需要测量遮光片的宽度。(4)已知弹性势能的表达式为Epk(x)2。所以几次实验中弹簧对小物块做的功分别记为W1、W2、W3、，则W1W2W3149，若以W为纵坐标、为横坐标作图，则得到的图象是一条直线。答案：(1)需要不需要(4)149一条直线考点二实验数据处理 典题2如图甲所示，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“研究合力做功和动能变化的关系”的实验：甲(1)为达
10、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，通过实验得到如图乙所示的纸带。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。乙请计算小车所受合力做的功W和小车动能的变化Ek，补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)。OBOCODOEOFW/J0.043 20.057 20.073 40.091 5Ek/J0.043 00.057 00.073 40.090 7分析上述数据可知：在实验误差允
11、许的范围内W Ek，与理论推导结果一致。(3)实验前已测得托盘质量为7.7103 kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为_kg(g取9.8 m/s2，结果保留至小数点后第三位)。解析(1)实验中，首先平衡摩擦力，改变长木板的倾角，轻推小车，小车沿长木板向下做匀速直线运动。(2)打下F点时，小车的位移大小为O、F间的距离，即0.557 5 m，细绳对小车的拉力为0.2 N，则拉力做功为0.111 5 J，小车的瞬时速度为 m/s1.051 m/s，动能增量为0.110 5 J。(3)由纸带数据求得：AD21.20 cm，DG30.07 cm，小车、托盘和砝码组成的整体运动的加速度大小为a
12、m/s20.985 6 m/s2，小车受到的拉力为F0.2 N，设托盘和砝码的总质量为m，由牛顿第二定律得mgFma，得m2.269102kg，托盘中砝码质量为0.015 kg。答案(1)匀速直线(或匀速)(2)0.111 50.110 5(3)0.0151某同学在实验室用如图甲所示的装置来研究有关做功的问题。(1)如图甲所示，在保持M7m条件下，可以认为绳对小车的拉力近似等于砂和砂桶的总重力，在控制小车质量不变的情况下进行实验。在实验中，该同学先接通打点计时器的电源，再放开纸带，已知交流电的频率为50 Hz。图乙是在m100 g、M1 kg情况下打出的一条纸带，O为起点，A、B、C为过程中3
13、个相邻的计数点，相邻的计数点之间有4个没有标出，有关数据如图乙所示，则打B点时小车的动能Ek_ J，从开始运动到打B点时，绳的拉力对小车做的功W_ J。(保留2位有效数字，g取9.8 m/s2)(2)在第(1)问中，绳的拉力对小车做的功W大于小车获得的动能Ek，请你举出导致这一结果的主要原因：_。(写出一种即可)解析：(1)小车拖动纸带做匀加速直线运动，B为AC的中间时刻，由匀变速直线运动的规律可得vBvAC，其中xACOCOA19.95 cm，T50.02 s0.1 s，代入可求得vB0.997 5 m/s，所以在B点小车的动能EkMv0.50 J。绳的拉力近似等于砂和砂桶的总重力，所以绳的
14、拉力对小车做的功WmgxOB0.51 J。(2)若摩擦力没有完全抵消，小车所受合力的功还应包含摩擦力做的负功，故拉力所做的功大于动能的增量；若砂与砂桶的重力不满足“远小于小车的重力”的条件，则砂和砂桶的重力大于绳的拉力，若把砂和砂桶的重力近似为拉力，导致拉力做的功大于动能增量。答案：(1)0.500.51(2)摩擦没有完全抵消；砂与砂桶的重力大于绳的拉力(写出一种即可)2(2016濮阳模拟)质量为1 kg的重物自由下落，通过打点计时器在纸带上记录下运动的过程，打点计时器所接电源为6 V、50 Hz的交流电源。如图甲所示，纸带上O点为重物自由下落时打点的起点，选取的计数点A、B、C、D、E、F、
15、G依次间隔一个点(图中未画出)，各计数点与O点的距离依次为31.4、70.6、125.4、195.9、282.1、383.8、501.2，单位为mm，重力加速度为9.8 m/s2，则(1)求出B、C、D、E、F各点速度并填入下表。计数点BCDEF速度(ms1)(2)求出重物下落从起点到图中各点过程中重力所做的功。计数点BCDEF功(J)(3)适当选择坐标轴，在图乙中作出重力做的功与速度的相关量之间的关系图。图中纵坐标表示_，横坐标表示_，由图可得重力所做的功与_成_关系。解析：(1)各点速度由公式vv，求出vB m/s1.18 m/s，同理vC1.57 m/s，vD1.96 m/s，vE2.3
16、5 m/s，vF2.74 m/s(2)由重力做的功Wmgx求出WBmgOB19.870.6103 J0.69 J，同理WC1.23 J，WD1.92 J，WE2.76 J，WF3.76 J(3)如图所示。由图可得重力所做的功与速度的平方v2成正比。答案：(1)1.181.571.962.35274(2)0.691.231.922.763.76(3)见解析图重力做的功WG速度的平方v2速度的平方v2正比考点三实验创新设计 典题3(2014天津高考)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车
17、动能变化的关系。此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图所示。(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些_。(2)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。他这样做的目的是下列的哪个_(填字母代号)。A避免小车在运动过程中发生抖动B可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一
18、个解决方法：_。(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一情况可能是下列哪些原因造成的_(填字母代号)。A在接通电源的同时释放了小车B小车释放时离打点计时器太近C阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力解析(1)实验要处理纸带测速度，需要刻度尺，要分析动能的变化，必须要测出小车的质量，因此还需要天平。(2)实验中调节定滑轮高度，使细绳与木板平行，可在平衡摩擦力后使细绳的拉力等于小车所受的合力，如果不平行，细绳的拉力在垂直于木板的方向上就有分力，改变了摩擦力，就不能使细绳拉力等于小车所受的合力，D正
19、确。(3)在所挂钩码个数不变的情况下，要减小小车运动的加速度，可以增大小车的质量，即可在小车上加适量的砝码(或钩码)。(4)如果用钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，发现拉力做的功总比小车动能的增量大，原因可能是阻力未被完全平衡掉，因此拉力做功一部分用来增大小车动能，一部分用来克服阻力做功；也可能是钩码做加速运动，因此细绳的拉力小于钩码的重力，钩码的重力做的功大于细绳的拉力做的功，即大于小车动能的增量，C、D正确。答案(1)刻度尺、天平(包括砝码)(2)D(3)可在小车上加适量的砝码(或钩码)(4)CD1(2016马鞍山模拟)某同学用如图甲所示装置做“探究合力的功与动能改变量的关系”的实验，他通
20、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，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。(1)用游标卡尺测出遮光条的宽度d，示数如图乙所示，则d_ cm。(2)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。As tBs t2Cs t1Ds t2(3)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
21、量C必须保证小车由静止状态开始释放解析：(1)由游标卡尺读数规则可知，示数为：10 mm0.0515 mm1.075 cm。(2)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Fsm，即有s，则D正确。(3)由(2)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零，则会对实验结果产生影响，选项C正确。答案：(1)1.075(2)D(3)C2测量小物块Q与平板P之间动摩擦因数的实验装置如图所示。AB是半径足够大的、光滑的四分之一圆
22、弧轨道，与水平固定放置的P板的上表面BC在B点相切，C点在水平地面的垂直投影为C。重力加速度大小为g。实验步骤如下：用天平称出物块Q的质量m；测量出轨道AB的半径R、BC的长度L和CC的长度h；将物块Q在A点从静止释放，在物块Q落地处标记其落地点D；重复步骤，共做10次；将10个落地点用一个尽量小的圆围住，用米尺测量圆心到C的距离s。(1)用实验中的测量量表示：物块Q到达B点时的动能EkB_；物块Q到达C点时的动能EkC_；在物块Q从B运动到C的过程中，物块Q克服摩擦力做的功WFf_；物块Q与平板P之间的动摩擦因数_。(2)回答下列问题：实验步骤的目的是_；已知实验测得的值比实际值偏大，其原因除了实验中测量的误差之外，其它的可能是_。(写出一个可能的原因即可)解析：(1)从A到B的过程中，由动能定理可得EkBmgR从C到D过程中，物块做平抛运动，竖直方向上 hgt2水平方向上svCt解得vCs 故EkCmv从B到C的过程中，根据动能定理得WFfEkCEkB故WFf mgR克服摩擦力做功WFf mgR由WFfmgL得(2)实验步骤是重复步骤，目的是多次测量减小实验误差；产生的误差可能是圆弧轨道存在误差(或接缝B处不平滑等)。答案：(1)mgRmgR(2)减小实验结果的误差；圆弧轨道存在误差(或接缝B处不平滑等)
