第四章 学案6步步高高中物理必修二Word下载.docx
《第四章 学案6步步高高中物理必修二Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章 学案6步步高高中物理必修二Word下载.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
物理量
1
2
3
4
5
6
动能
mv2/J
合外力做功W/J
4.比较各次实验中合外力做的功和物体动能变化的数值，从而得到合外力对物体做的功和物体动能变化之间的关系.
五、注意事项
1.平衡摩擦力时，不挂重物，轻推小车后，小车能做匀速直线运动.
2.必须保证所悬挂小盘和砝码的总质量远小于小车的质量.
例1
某同学为探究“合外力做功与物体动能变化的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：
①按图2摆好实验装置，其中小车质量M＝0.20kg，钩码总质量m＝0.05kg.
②释放小车，然后接通打点计时器的电源（电源频率为f＝50Hz），打出一条纸带.
图2
（1）他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，如图3所示.把打下的第一点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到点0的距离分别为d1＝0.041m，d2＝0.055m，d3＝0.167m，d4＝0.256m，d5＝0.360m，d6＝0.480m…，他把钩码重力（当地重力加速度g＝9.8m/s2）作为小车所受合力，算出打下点0到打下点5合力做的功W＝__________J（结果保留三位有效数字），把打下点5时小车的动能作为小车动能的变化量，算得ΔEk＝__________.（结果保留三位有效数字）
图3
（2）此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差很大.通过反思，他认为产生误差的原因如下，其中正确的是（ ）
A.钩码质量太大，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多
B.没有平衡摩擦力，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多
C.释放小车和接通电源的次序有误，使得动能增量的测量值比真实值偏小
D.没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因
解析
（1）小车受到的合外力
F＝mg＝0.05×
9.8N＝0.49N
拉力对小车做的功W＝F·
d5＝0.49×
0.360J≈0.176J
小车打点5时获得的速度
v5＝
＝
m/s＝1.12m/s
小车动能的变化ΔEk＝
Mv
≈0.125J.
答案
（1）0.176 0.125J
（2）AB
例2
某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“合外力做功与动能变化的关系”.如图4所示，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.
图4
（1）实验主要步骤如下：
①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.
②将小车停在C点，接通电源，________，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.
③在小车中增加砝码，重复②的操作.
（2）如表所示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，|v
－v
|是两个速度传感器所记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔEk，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功.表格中的ΔEk3＝________，W3＝________.（结果保留三位有效数字）
数据记录表
次数
M/kg
|v
|/（m/s）2
ΔEk/J
F/N
W/J
0.500
0.760
0.190
0.400
0.200
1.650
0.413
0.840
0.420
2.400
ΔEk3
1.220
W3
1.000
1.200
2.420
1.210
2.840
1.420
2.860
1.430
（3）根据表中数据在图5中作出ΔEk－W图线.
图5
答案
（1）①小车 ②然后释放小车
（2）0.600 0.610
（3）如图所示
1.在“探究恒力做功与物体的动能变化量的关系”的实验中备有下列器材：
A.打点计时器；
B.天平；
C.秒表；
D.低压交流电源；
E.电池；
F.纸带；
G.细线、砝码、小车、砝码盘；
H.薄木板.
（1）其中多余的的器材是__________；
缺少的器材是_________________.
（2）测量时间的工具是________________；
测量质量的工具是___________.
（3）如图6所示是打点计时器打出的小车（质量为m）在恒力F作用下做匀加速直线运动的纸带，测量数据已用字母表示在图中，打点计时器的打点周期为T.请分析，利用这些数据能否验证动能定理？
若不能，请说明理由；
若能，请说出做法，并对这种做法做出评价.
图6
答案
（1）C、E 毫米刻度尺
（2）打点计时器 天平 （3）见解析
解析
（1）计算小车速度是利用打上点的纸带，故不需要秒表.打点计时器应使用低压交流电源，故多余的器材是C、E；
测量点与点之间的距离要用毫米刻度尺，故缺少的器材是毫米刻度尺.
（2）测量时间的工具是打点计时器；
测量质量的工具是天平.
（3）从A到B的过程中，恒力做的功为WAB＝FxAB，物体动能的变化量为EkB－EkA＝
m（
）2－
）2＝
m
，只要验证FxAB＝
即可.
2.物体在空中下落的过程中，重力做正功，物体的动能越来越大，为了“探究重力做功和物体动能变化间的定量关系”，我们提供了如图7所示的实验装置.
图7
（1）某同学根据所学的知识结合图中实验装置设计了一个适合本实验情景的命题：
如图所示，设质量为m（已测定）的小球在重力mg作用下从开始端自由下落至光电门发生的位移为x，通过光电门时的速度为v，试探究外力做的功mgx与小球动能变化量
mv2的定量关系.
（2）某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数据.
①用天平测定小球的质量为0.50kg；
②用游标卡尺测出小球的直径为10.0mm
③用刻度尺测出电磁铁下端到____________的距离为80.40cm；
④电磁铁先通电，让小球____________；
⑤让电磁铁断电，小球自由下落；
⑥在小球经过光电门时，计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50×
10－3s；
⑦计算得出重力做的功为4.02J，小球动能变化量为________J.（g取10m/s2，结果保留三位有效数字）.
（3）试根据
（2）中条件做出本实验的结论：
____________________________________
________________________________________________________________________.
答案
（2）③光电门 ④吸在电磁铁下端 ⑦4.00
（3）在误差允许范围内外力做功与动能变化量相等
1.在“探究恒力做功与动能改变的关系”的实验中（装置如图1所示）：
（1）下列说法中正确的是（ ）
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并由静止释放
（2）图2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50Hz，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）.
答案
（1）C
（2）0.653
解析
（1）平衡摩擦力的原理就是在没有拉力的情况下调整斜面倾角，使小车重力沿木板向下的分力平衡小车和纸带所受阻力，不应挂钩码，A错；
为减小系统误差应使钩码质量远小于小车质量，B错；
实验时使小车靠近打点计时器能充分利用纸带，由静止释放则测出的动能即等于该过程的动能变化量，便于利用实验数据进行探究，故选C.
（2）据vB＝
＝0.653m/s可得打B点时小车的瞬时速度.
2.某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图3所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙，当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小沙桶，滑块处于静止状态.
若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：
（1）你认为还需要的实验器材有_________________.
（2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是________________________________________，实验时首先要做的步骤是__________________.
（3）在满足
（2）问的条件下，让沙桶带动滑块加速运动，如图4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标注在图上，当地重力加速度为g，则在B、D两点间对滑块用实验验证动能定理表达式为________________________________.（用题中所给的表示数据的字母表示）
答案
（1）天平、刻度尺
（2）沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量 平衡摩擦力 （3）mg（x2＋x3）＝
解析 本实验要验证动能定理，具体来说要验证细线对滑块拉力做的功等于滑块动能的增加量，实验中还把沙和沙桶的总重力看作细绳对滑块的拉力.
（1）实验还需要使用天平测出滑块的质量、沙和沙桶的总质量；
使用刻度尺测出纸带上计数点间的距离，以计算滑块的速度和位移.
（2）实验能够把沙和沙桶的总重力看作细线对滑块的拉力的前提条件是沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量.因为对滑块、沙和沙桶组成的系统运用牛顿第二定律可求得，滑块受到的实际拉力应该是F＝Ma＝M
，可见，只有在沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量即m≪M时，才可将沙和沙桶的总重力当作滑块所受的拉力.
实验前一定要先平衡摩擦力，因为只有这样细线对滑块的拉力才等于滑块的合外力.
（3）从B到D点，合外力对滑块做功mg（x2＋x3）.B点对应的速度vB＝
，D点对应的速度vD＝
，在B、D两点间对滑块用实验验证动能定理表达式为mg（x2＋x3）＝
.
3.某同学用如图5甲所示的装置验证动能定理.为了提高实验精度，该同学多次改变小滑块下落高度H的值，测出对应的平抛运动水平位移x，并算出x2如下表所示，进而画出x2－H图线如图乙所示.
滑块下落
高度H
平抛水平位移
x/cm
平抛水平位移的
平方x2/cm2
h
5.5
30.25
2h
9.1
82.81
3h
11.7
136.89
4h
14.2
201.64
5h
15.9
252.81
6h
17.6
309.76
7h
19.0
361.00
8h
20.6
424.36
9h
21.7
470.89
（1）原理分析：
若滑块在下滑过程中所受阻力很小，则只要满足________，便可验证动能定理.
（2）实验结果分析：
实验中获得的图线未过坐标原点，而与H轴交在了大约（0.2h,0）处，原因是____________________________.
答案
（1）x2与H成正比
（2）滑块需要克服阻力做功
解析
（1）若滑块在下滑过程中所受阻力很小，由动能定理，mgH＝
mv
，根据平抛运动规律，x＝v0t，h＝
gt2，显然x2与H成正比，即只要满足x2与H成正比，便可验证动能定理.
（2）实验中获得的图线未过坐标原点，而与H轴交在了大约（0.2h,0）处，原因是滑块需要克服阻力做功.
4.质量为1kg的重物自由下落，通过打点计时器在纸带上记录运动的过程，打点计时器所接电源为6V、50Hz的交流电源.如图6所示，纸带上O点为重物自由下落时纸带打点的起点，选取的计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点（图中未画出），纸带上的数据表示各计数点与O点间的距离.
（1）求出B、C、D、E、F各点对应的速度并填入下表.
计数点
B
C
D
E
F
速度/（m·
s－1）
（2）求出物体下落时从O点到B、C、D、E、F各点过程中重力所做的功，并填入下表.
功/J
（3）适当选择坐标轴，在图7中作出重物重力做的功与重物速度的平方之间的关系图像.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.（g取9.8m/s2）
答案 见解析
解析
（1）由题意知
vB＝
m/s≈1.18m/s，
同理vC≈1.57m/s，vD≈1.96m/s，
vE≈2.35m/s，vF≈2.74m/s.
（2）重力做的功
WB＝mg·
OB＝1×
9.8×
70.6×
10－3J≈0.69J，
同理WC≈1.23J，WD≈1.92J，WE≈2.76J，
WF≈3.76J.
（3）WG－v2图像如图所示.图中纵坐标表示重力做的功WG，横坐标表示物体速度的平方v2；
由图可得重力所做的功与物体速度的平方成正比关系.
升级会员 