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2016年宁波市鄞州高中物理论文:探究做功与速度变化

资料类别: 物理/论文

所属版本: 通用

所属地区: 浙江

上传时间:2016/9/26

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                            探究做功与速度变化
一、按高考要求对本实验进行分析
1、实验目的:通过实验得出质量一定时,力对物体做的功与物体的速度变化的关系。
2、实验原理:课本实验是:用1条、2条、3条……同样的橡皮筋进行第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,那么,第2次、第3次……实验中橡皮筋对小车做的功就是第1次的2倍、3倍……如果把第1次实验时橡皮筋所做的功为W,以后各次做的功就是2W、3W……。
	由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出,也可以用其它方法测出。这样,进行若干次测量,就得到若干组功和速度的数据。
	以橡皮筋对小车做的功为纵标,小车获得的速度为横坐标,以第1次实验时的功W为单位,作出W-V曲线即功——速度曲线。分析这条曲线,可以得知橡皮筋对小车的功与小车获得的速度的定量关系。
3、控制实验条件:⑴同样的橡皮筋;⑵每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致;⑶木板的倾斜程度应满足重力使物体沿斜面下滑的分力等于小车受到的阻力;⑷保证小车沿直线运动(这一点实际难以控制)。
4、仪器的使用:打点计时器、米尺
5、观察现象:实际小车先加速度在变化,变橡皮筋恢复到原长后,小车再做减速运动,难以确定最大速度点,这对实验带来难度。
6、记录:只能估计最大速度点,只能用平均速度代替瞬时速度。
7、数据处理:本实验是探究做功与速度变化的关系,结论未知,它们之间的关系有一个试探、猜测的过程。有多种可能性,这就本实验的考点,它再现科学家研究问题的过程。
8、评价:⑴课本设计的实验表面看起来好操作,但真正做起来,有诸多不便。如当橡皮筋的数量增加时,左右两边的长度不好控制,不能保证小车做直线运动。又如本实验要测量速度,测量哪个点的速度不好确定,就是确定了,也只能用平均速度来代速度对应点的瞬时速度。⑵本实验用一个优点:不需要求功的多少,就用橡皮筋的数量来代替,这在科学家研究问题时应用过(研究库仑定律时,当时不没有电量的单位,当时无法对电量的大小进行测量,就用相同小球平均电量的方法)。
9、实验改进:由于上述问题的存在,会很大考题从原理进行较大的改变,但对探究的思想方法的考查不变,对做功与速度变化之间的关系的探究不变。2010年高考试题研究弹簧的伸长量弹力关系的实验应体现这一点。
		猜测此实验会什么地方做改进?请提出自己的方案、日后收集方案。
二、看人家怎样考
1.合肥一六八中学2010届高三第二次段考在《探究功与物体速度变化的关系》实验中,下列说法正确的是:(  BD )
    A .小车在橡皮筋的作用下弹出,橡皮筋所做的功可根据公式:W=FL算出.
    B .进行试验时,必须先平衡摩擦力.
    C .分析正确实验所打出来的纸带可判断出:小车先做匀加速直线运动,再做匀速直线运动,最后做减速运动.
    D .通过实验数据分析得出结论:w与v2成正比
2.(09·安徽·21. Ⅲ )(6分)探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系,实验装置如图所示,实验主要过程如下:
(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、……;
(2)分析打点计时器打出的纸带,求
出小车的速度、、、……;
(3)作出草图;
(4)分析图像。如果图像是一条直线,表明∝;如果不是直线,可考虑是否存在∝、∝、∝等关系。
以下关于该试验的说法中有一项不正确,它是___________。
A.本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、……。所采用的方法是选用同样的橡皮筋,并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用1条橡皮筋进行是实验时,橡皮筋对小车做的功为W,用2条、3条、……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、……实验时,橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、……。
B.小车运动中会受到阻力,补偿的方法,可以使木板适当倾斜。
C.某同学在一次实验中,得到一条记录纸带。纸带上打出的点,两端密、中间疏。出现这种情况的原因,可能是没有使木板倾斜或倾角太小。
D.根据记录纸带上打出的点,求小车获得的速度的方法,是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算。
III答案:D。
解析:本实验的目的是探究橡皮绳做的功与物体获得速度的关系。这个速度是指橡皮绳做功完毕时的速度,而不整个过程的平均速度,所以D选项是错误的。
3.(09·广东物理·15)(10分)某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”,如图12,他们将拉力传感器固定在小车上,用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连,用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平桌面上相距50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器记录小车通过A、B时的速度大小。小车中可以放置砝码。
(1)实验主要步骤如下:
测量________和拉力传感器的总质量M1;把细线的一端固定在拉力传感器上另一端通过定滑轮与钩码相连;正确连接所需电路;
将小车停在C点,__________,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力及小车通过A、B时的速度。
在小车中增加砝码,或_______________,重复的操作。
(2)表1是他们测得的一组数据,其中M是M1与小车中砝码质量之和,|v2-v1| 是两个速度传感器记录速度的平方差,可以据此计算出动能变化量E,F是拉力传感器受到的拉力,W是F在A、B间所作的功。表格中E3=__________,W3=________.(结果保留三位有效数字)
(3)根据表1,请在图13中的方格纸上作出E-W图线。
表1 数据记录表
次数	M/kg	|v2-v1| /(m/s)2	△E/J	F/N	W/J		1	0.500	0.760	0.190	0.400	0.200		2	0.500	1.65	0.413	0.840	0.420		3	0.500	2.40	△E3	1.220	W3		4	1.000	2.40	1.20	2.420	1.21		5	1.000	2.84	1.42	2.860	1.43		答案:(1)小车、砝码   然后释放小车    减少砝码   (2)0.600  0.610
 解析:,可得△E3=0.600;观察F-W数据规律可得数值上W=F/2=0.610;
(3)在方格纸上作出E-W图线思考:你怎样对本题进行改造,与课本实验相差不大,其优点是将这个实验的优点结合起来。
4.(08年广东卷)某实验小组采用图所示的装置探究“动能定理”,图中小车中可放置砝码,实验中,小车碰到制动装置时,钩码尚未到达地面,打点针时器工作频率为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。
(2)图是钩码质量为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0及A、B、C、D和E五个计数点,可获得各计数点到0的距离5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1中的相应位置.


(3)在上车的运动过程中,对于钩码、砝码和小车组成的系统,                做正功,        做负功.
(4)实验小组根据实验数据绘出了图中的图线(其中Δv2=v2-v20),根据图线可获得的结论是                                                  .要验证“动能定理”,还需要测量的物理量是摩擦力是                  .
表1纸带的测量结果
测量点 	S/cm	r/(m·s-1)		0	0.00	0.35		A	1.51	0.40		B	3.20	0.45		C	    	   		D	7.15	0.54		E	9.41	0.60		
答案:(1)②接通电源、释放小车     断开开关
(2)5.06    0.49    (3)钩砝的重力    小车受摩擦阻力
(4)小车初末速度的平方差与位移成正比   小车的质量

5.①某同学探究恒力做功和物体动能变化间的关系,方案如图所示他想用钩码的重力表示小车受到的合外力,为减小这种做法带来的误差,实验中采取的两项措施                                                                          

②如图所示是某次实验中得到的一条纸带,其中A、B、C、D、E、F是计数点,相邻计数点间的时间间隔为T。距离如图。则打点为       要验证合外力的功与动能变化间的关系,要测出的物理量有

答案:① a 平衡摩擦力                                2分
b 钩码的重力远小于小车的总重力                    2分
         钩码的质量m,小车的质量M.               2分      
6.福建省泉州市四校2010届高三上学期期末联考有位同学设计了一个实验,用来验证在外力作用下物体做加速运动时,动能的改变量等于合外力所做的功。如图,他使用的实验仪器有.电磁打点计时器、学生电源、长方形木块、纸带、天平(图中未画出)、带定滑轮的木板(长约1米)、细线、砝码盘、砝码等。
该同学操作如下。
(1)用天平测出木块的质量m。把器材按图安装好。纸带固定在木块中间的方孔内。 
(2)把木块放在打点计时器附近,用手按住,往砝码盘中加砝码,再放开木块,让它做加速运动。然后接通打点计时器电源,让它工作。当木块到达定滑轮处时,断开电源 
(3)取下纸带,并在纸带上做了如下图的标记,然后进行数据处理。




请回答下列问题。
(1)该同学操作过程中有一处明显的不当之处,请更正:                           。
(2)利用测得的木块质量m、交流电源的周期T、纸带上标示的位移.请你写出木块在加速阶段所受合外力的表达式:                                       ;请写出验证动能定理的方法:                                                                                     
                                                                               。
(3)在上述试验中,如果对该同学选择的仪器和做法做一些更改,则可以直接将砝码及砝码盘的重力,作为研究对象所受到的合外力。为达到这个目的,你认为应该怎样做                               

                                                                              。
答案:(1)应先接通电源,待打点计时器稳定工作后,再放开木块。(2分)
(2);(2分)
由 ;
可知,只要验证.在误差允许范围内是否成立即可。(2分)
	⑶、将木块换成带轮小车以减少摩擦;垫起木板一端利用小车的下滑力平衡摩擦力;保证砝码及砝码盘的总质量远小于小车的质量。(3分)
7、某兴趣小组在做“探究做功和物体速度变化关系”的实验前,提出了以下几种猜想:①W∝, ②W∝2, ③W∝。他们的实验装置如图甲所示,PQ为一块倾斜放置的木板,在Q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过Q点的速度)。在刚开始实验时,有位同学提出,不需要测出物体质量,只要测出物体初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的读数就行了,大家经过讨论采纳了该同学的建议。






①请你简要说明为什么不需要测出物体的质量?
②让小球分别从不同高度无初速释放,测出物体初始位置到速度传感器的距离L1、L2、L3、L4……,读出小球每次通过Q点的速度1、2、3、4、……,并绘制了如图乙所示的L-图象。若为了更直观地看出L和的变化关系,他们下一步应怎么做?
 ③在此实验中,木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果,为什么?
答案:(1)d= 2.706  (或2.705 、2.707 ) (1分) 
        L= 5.015   (1分)
(2)①因为对物体做的功W与物体初始位置到测速器的距离L成正比。(3分)
        ②下一步应该绘制L-2图象(2分)
        ③不会(1分); 摩擦力和重力的合力对物体做功也与距离L成正比。(2分)




















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图乙

图甲



Q

O

L

P

速度传感器

△x5

△x4

△x3

△x2

△x1

F

E

D

C

B

A



W



图12

橡皮筋

纸带

打点计时器






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