探究能力是物理学研究的重要能力之一.有同学通过设计实验来探究物体因绕轴转动而具有的转动动能与哪些因素有关.他以圆型砂轮为

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  • 解题思路:(1)物理学中对于多因素(多变量)的问题,常常采用控制因素(变量)的方法,把多因素的问题变成多个单因素的问题.每一次只改变其中的某一个因素,而控制其余几个因素不变,从而研究被改变的这个因素对事物影响,分别加以研究,最后再综合解决,这种方法叫控制变量法.

    (2)砂轮受到摩擦力作用做减速运动最终停下来,克服摩擦力所做的功等于砂轮的动能,根据表中实验数据求出砂轮的动能;然后分析实验数据找出推导出转动动能Ek与质量m、角速度ω、半径r的关系式.

    (1)砂轮停下时,砂轮边缘某点转过的弧长s=2πn,其中n是砂轮转过的圈数,砂轮克服摩擦力做的功等于砂轮动能的变化量,尺和砂轮间的摩擦力恒为

    10

    πN,由能量守恒得:转动动能Ek=Wf=f•L=

    10

    π]•2πrn=20rn

    半径/cm 质量/m0角速度/rad•s-1圈数 转动动能/J

    4 1 2 8 6.4

    4 1 4 32 25.6

    4 2 2 16 12.8

    4 4 2 32 25.6

    8 1 2 16 25.6

    16 1 2 32 102.4(2)①根据第一、二组数据,半径、质量相同,角速度不同,发现角速度变为原来的2倍,转动动能变为原来的4倍,可知转动动能与角速度的二次方成正比.

    ②根据第三、四组数据,半径、角速度相同,质量不同,发现质量变为原来的2倍,转动动能变为原来的2倍,可知转动动能与质量成正比.

    ③由第五、六两组数据可知,质量、角速度相同,半径不同,发现半径变为原来的2倍,转动动能变为原来的4倍,可知转动动能与半径的平方成正比,综上所述,转动动能与质量成正比、与角速度的二次方和半径的二次方成正比,表达式为:

    EK=kmω2r2(k为比例系数);

    故答案为:6.4;25.6;12.8;25.6;25.6;102.4;EK=kmω2r2(k为比例系数).

    点评:

    本题考点: 线速度、角速度和周期、转速.

    考点点评: 研究某一物理量与几个量的关系时,必须控制其它量不变,去改变一个量,找出它们的关系,然后再控制其它量不变,再去改变一个量,再找出关系,依此类推,最终就能找出这一物理量与其他量的关系.