粤教版高一物理必修二第四章 机械能和能源第03节 探究外力做功与物体动能变化的关系导学案及练习

知识像烛光，能照亮一个人，也能照亮无数的人。--培根
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探究外力做功与物体动能变化的关系
实验目的
探究外力做功与物体动能变化的关系
实验方案
方案一：利用自由落体探究
质量为m的物体做自由落体运动，下落高度为h时对应的速度为v。这个过程中，物体所受的外力做功W=
，物体的动能改变量为=
。
要研究W和的大小关系，需要测出哪些物理量？
怎么去测量这些物理量？需要记录哪些数据？（实验步骤）
实验操作,完成表格（示例）。
h/m
AC/m
v/(m/s)
W=mgh(J)
(J)
提示：1.纸带法求瞬时速度的方法：
2.本地重力加速度：g=9.7833m/s2
操作实验，记录并处理数据，比较W和的大小
你的结论：
5．如果有误差，请分析造成误差的原因。
方案二：利用气垫导轨和光电门探究
小桶通过跨过定滑轮的细绳和滑块相连，释放滑块后，滑块先后通过光电门1、2的时间分别为、。滑块（含遮光板）质量为M、小桶质量为m、两光电门间距为S、遮光板宽度为d。
若m<W=
，物体的动能改变量为=
。
要研究W和的大小关系，需要测出哪些物理量？
怎么去测量这些物理量？需要记录哪些数据？（实验步骤）
请设计一个记录数据和处理数据的表格。
提示：
1.光电门求瞬时速度的方法：d：遮光片的宽度；：遮光时间
2.
本地重力加速度：g=9.7833m/s2
操作实验，记录并处理数据，比较W和的大小
你的结论：
5．如果有误差，请分析造成误差的原因。
方案三：（你的方案）
习题训练
1.下面列出一些实验步骤（
）
A、用天平测出重物和夹子的质量；
B、将重物系在夹子上；
C、将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子。再把纸带向上拉，让夹子靠近打点计时器外；
D、打点计时器接在学生电源交流输出端，把输出电压调至6V（电源不接通、交流）；
E、打点计时器固定放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上；
F、在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据；G、用秒表测出重物下落的时间；
H、接通电源待计时器响声稳定后释放纸带；
I、切断电源；
J、更换纸带，重新进行两次；K、在三条纸带中选出较好的一条；
L、进行计算，得出结论，完成实验报告；
M、拆下导线，整理器材。
以上步骤，不必要的有
，正确步骤的合理顺序是
。
2.
现利用如图所示的装置探究动能定理。方法是：在滑块上安装一遮光板，把滑块放在水平放置的气垫导轨上（滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略），通过跨过定滑轮的细绳与钩码相连，连接好1、2两个光电门，在图示位置释放滑块后，光电计时器记录下滑块上的遮光板先后通过两个光电门的时间分别为、。已知滑块（含遮光板）质量为M、钩码质量为m、两光电门间距为S、遮光板宽度为L、当地的重力加速度为g。
(
图
5-7-2
1
)（1）计算滑块先后通过两个光电门时的瞬时速度的表达式为：(用题中给定字母表示)＝__________、＝___________；
（2）本实验中，钩码质量为m远小于滑
块的质量M的条件下，符合滑块动能定理的表达式为
。(用题中给定字母表示)
（3）本实验中，钩码质量为m如果没有远小于滑块的质量M的条件下，符合滑块动能定理的表达式为
。(用题中给定字母表示)
3．
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的定量关系，我们提供了如图所示的实验装置。
(1)某同学根据所学的知识设计了一个本实验情境的命题：
如图所示，测量质量为m的小球在重力mg作用下从开始端自由下落至光电门处发生的①________，通过光电门时的②________，探究重力做的功③________与小球动能变化量④________的定量关系。(请在①②空格处填写物理量的名称和对应符号，在③④空格处填写数学表达式)
(2)某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数据：(取g＝10
m/s2)
①用天平测出小球的质量为0.50
kg；
②用游标卡尺测出小球的直径为10.00
mm。
③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为80.80
cm；
④电磁铁先通电，让小球吸在开始端；
⑤电磁铁断电时，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2.50×10－3
s，由此可算出小球经过光电门时的速度为________m/s；
⑦计算出重力做的功________J，小球动能变化量________J。(保留三位有效数字)。
(3)试根据(2)对本实验得出结论：
________________________________________________________________________。
4．(2012·郑州模拟)某实验小组想测量木板对木块的摩擦力所做的功。装置如图实－5－12甲，一木块放在粗糙的水平长木板上，右侧拴有一细线，跨过固定在木板边缘的滑轮与重物连接，木块左侧与穿过打点计时器的纸带相连，长木板固定在水平实验台上。实验时，木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右做匀减速运动，如图乙给出了重物落地后打点计时器打出的纸带，纸带上的小黑点是计数点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示。打点计时器所用交流电频率为50
Hz，不计纸带与木块间的拉力。
(1)可以判断纸带的________(填“左端”或“右端”)与木块连接。根据纸带提供的数据计算打点计时器在打下A点和B点时木块的速度vA＝________m/s，vB＝________m/s。(结果保留两位有效数字)
(2)要测量在AB段木板对木块的摩擦力所做的功WAB，还需要的实验器材是________________，还应测量的物理量是________。(填入所选实验器材和物理量前的字母)
A．木板的长度l　　　　　　
B．木块的质量m1
C．木板的质量m2
D．重物的质量m3
E．木块运动的时间t
F．AB段的距离sAB
G．天平
H．秒表
I．弹簧测力计
(3)在AB段木板对木块的摩擦力所做的功的关系式WAB＝________。[用vA、vB和第(2)问中测得的物理量的字母表示]
5．在“探究恒力做功与动能改变的关系”的实验中，某实验小组采用如图所示的装置。实验步骤如下：
(1)把纸带的一端固定在小车的后面，另一端穿过打点计时器；
(2)改变长木板的倾角，以重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力；
(3)用细线将长木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的砂桶相连；
(4)接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点；
(5)测出s、s1、s2，已知电磁打点计时器的打点周期为T，则：
判断重力的一个分力是否已与小车及纸带受到的摩擦力平衡的直接证据是________________________________________________________________________。
本实验还需直接测量的物理量是___________________________________________
________________________________________________________________________。
(用文字说明并用相应的符号表示)
探究结果的表达式是_________________________________________________。
(用相应的符号表示)
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