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实验五 探究动能定理,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,注意事项 1平衡摩擦力：将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角 2选点测速：测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动状态的 3规格相同：橡皮筋规格相同时，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,热点一 对实验原理的理解 【典例1】 “探究功与速度变化的关系”的实验装置如图1所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W；当用2条、3条、4条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W、3W、4W每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出,图1 (1)关于该实验，下列说法正确的是_ A打点计时器可以用干电池供电 B实验仪器安装时，可以不平衡摩擦力 C每次实验小车必须从同一位置由静止弹出 D利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次作出Wvm、Wv、Wv，W2vm、W3vm的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系,(2)如图2所示，给出了某次实验打出的纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带，测得A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为AB1.48 cm，BC1.60 cm，CD1.62 cm，DE1.62 cm；已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s，则小车获得的最大速度vm_m/s.(结果保留两位有效数字) 图2,答案 (1)CD (2)0.81,【跟踪短训】 12013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,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 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,答案 C 0.653,热点二 实验数据处理 【典例2】 如图5所示是某研究性学习小组的同学做探究“橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形这时，橡皮筋对小车做功记为W.当用2条、3条、n条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第n次实验时，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出，图6甲为某次实验中打出的纸带,图5 (1)除了图中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材有_ (2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是_. (3)每次实验得到的纸带上的点分布并不都是均匀的，为了测量小车最终获得的末速度，应选用纸带的_ _部分进行测量,(4)下面是本实验的数据记录及数据处理表. 从理论上讲，橡皮筋做的功Wn与物体获得的速度vn之间的关系是Wn_，请你运用表中的数据在如图乙所示的坐标系中作出相应的图象，以验证理论的正确性,乙 图6,解析 (1)要计算某点速度的大小，必须要测量纸带上计数点间的距离，除了题图甲中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材是刻度尺 (2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是把放打点计时器一端的木板垫起适当的高度以平衡摩擦力,图7,(1)请以v2为纵坐标，以x为横坐标在坐标图8中作出v2x图象若测出小车质量为0.2 kg，结合图象可求得小车所受合力的大小为_N. 图8,(2)若该同学通过计算发现小车所受合力小于弹簧测力计读数，明显超出实验误差的正常范围你认为主要原因是 _，实验操作中改进的措施是_ 解析 (1)由v2v2ax可知v22ax， 在v2x图象中，斜率k2a2.5， 由Fma，得F0.25 N.,答案 (1)图象如图所示 0.25 (2)小车滑行时所受摩擦阻力较大 将木板左侧垫高，使木板倾斜一定的角度以平衡摩擦力,探究高考命题视角 视角1 实验器材的改进，使用拉力传感器和速度传感器 如图9所示，将拉力传感器固定在小车上，平衡小车的摩擦力，拉力传感器可以记录小车受到的拉力大小，在水平桌面上相距一定距离x的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车通过A、B时的速度大小，改变钩码的数量，分别得到对应拉力的功W和v2(即vv)，也可验证得到Wv2的结论,图9,视角2 实验方案的改进 利用自由落体运动探究功和动能的关系 视角3 创新拓展 把探究功和动能关系的实验拓展为探究弹性势能和形变量关系的实验,【典例3】 (2013新课标全国卷，22)某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图10所示向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放，小球离开桌面后落到水平地面通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能 图10,回答下列问题： (1)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小球抛出时的动能Ek相等已知重力加速度大小为g.为求得Ek，至少需要测量下列物理量中的_(填正确答案标号) A小球的质量m B小球抛出点到落地点的水平距离s C桌面到地面的高度h D弹簧的压缩量x E弹簧原长l0,(2)用所选取的测量量和已知量表示Ek，得Ek_. (3)图11中的直线是实验测量得到的sx图线从理论上可推出，如果h不变m增加，sx图线的斜率会_(填“增大”、“减小”或“不变”)：如果m不变，h增加，sx图线的斜率会_(填“增大”、“减小”或“不变”)由图11中给出的直线关系和Ek的表达式可知，Ep与x的_次方成正比 图11,【探究跟踪】 利用气垫导轨探究弹簧的弹性势能与形变量的关系，在气垫导轨上放置一带有遮光片的滑块、滑块的一端与轻弹簧贴近，弹簧另一端固定在气垫导轨的一端，将一光电门P固定在气垫导轨底座上适当位置(如图12所示)弹簧处于自然状态时，使滑块向左压缩弹簧一段距离，然后由静止释放滑块，与光电门相连的光电计时器可记录遮光片通过光电门时的挡光时间，则可计算出滑块离开弹簧后的速度大小,图12 实验步骤如下： 用游标卡尺测量遮光片的宽度d. 在气垫导轨上通过滑块将弹簧压缩x1，滑块由静止释放 由光电计时器读出滑块第一次通过光电门时遮光片的挡光时间t1.,(1)测量遮光片的宽度时游标卡尺示数如图13所示，读得d_cm； 图13,(3)根据图象得出结论是：弹性势能的大小与形变量x的二次方成正比 答案 (1)1.02 (2)见解析 (3)弹性势能的大小与形变量x的二次方成正比,
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