54实验一探究动能定理

1、二、实验原理 探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力 对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体的速 度，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用如 图所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加。再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度v。,一、实验目的 探究外力对物体做功与物体动能变化的关系，即动能定理。,三、实验器材 小车(前面带小钩)、100 g200 g砝码、长木板，两侧适当的对称位置钉两个铁钉、打点计时器及纸带、学生电源及导线(使用电火花计时器不用学生电源)、56条等长的橡皮筋、刻度尺。,学案4 实验(一)：探究动能定理,1.按上图将实验仪器安装好。

2、同时平衡摩擦力。 2.先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为W1，将这一组数据记入表格。 3.用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这样橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格。 4.用3条、4条橡皮筋做实验，用同样的方法测 出功和速度，记入表格。,四、实验步骤,5.分析数据，得出结论。 (1)测量小车的速度：实验获得如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量是(用字母表示)：A1、A2间的距离x，小车速度的表

3、达式是(用测量的物理量表示)v=x/T(T为打点计时器的时间间隔)。 (2)实验数据记录 (3)实验数据处理及分析：在坐标纸上(如图)画出W-v或W-v2图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位)。 (4)实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系Wv2。,五、注意事项 1.平衡摩擦力 实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们研究的是橡皮筋做的功与物体速度的关系，应设法排除摩擦力的影响，可采用将木板一端垫高的方法来实现。将木板一端垫高，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就能消除摩擦力的影响。判断是否已平衡掉摩擦力的方法是，轻推一下小车，观察小车不受其他力时能在木板上做

4、匀速运动。 2.我们用2条，3条橡皮筋进行第2次、第3次实验时，每次实验时橡皮筋伸长的长度都应保持一致。 3.实验数据处理时，以橡皮筋对小车做的功W为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，以第一次实验时的功W为单位，作出W-v图象，分析这条图线，可以得知橡皮筋对小车做的功W与小车获得的速度v的定量关系。 4.打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选间距均匀的那段纸带来计算小车的速度，因为这一段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形。,六、误差分析,误差是不可避免的。为减小本实验的实验误差，要注意以下几个方面的问题： 1.在长木板上，小车、铁钉、打点计时器的位置应调整适当，以保证打在纸带上的点便于处

5、理，求出小车运动的速度。 2.平衡摩擦力时，可使木板略微倾斜，作为补偿，保证小车脱离橡皮筋后做匀速运动。 3.小车的质量较小，当用多条橡皮筋时，打出的点过少，应改用质量稍大的小车(或加砝码)，以保证打出的点便于处理。,考点1 实验原理的考查,【例1】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。如图甲所示，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。按图安装好 器材。纸带固定在木块中间的方孔内。 (2)

6、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，并在纸带上做了如图 乙的标记，然后进行数据处理。,图甲,图乙,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xA、xB、xAB。 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)在上述实验中，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

7、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)F合=ma=m(xB-xA)/(32T2)； 由F合xAB=(1/2)mvB2-(1/2)mvA2、F合=ma=m(xB-xA)/(32T2)和vB=xB/(4T)、 vA=xA/(4T)，可知，只要验证，在误差允许范围内xAB=(xB+xA)是否成立即可。 (3)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。,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

8、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v1、 v2、v3、； (3)作出W-v草图； (4)分析W-v图象。如果W-v图象是一条直线，表明Wv；如果不是直线，可考虑是否 存在Wv2、Wv3、W 等关系。,1,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

9、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的。,D,【例2】为了探究动能定理，现提供如图甲所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，请 思考探究思路并回答下列问题(打点计时器交流电频率为50 Hz) (1)为了消除摩擦力的影响应采取什么措施？ _. (2)当我们分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条并起来进行 第1次、第2次、第3次实验时，每次实验中橡皮筋拉

10、伸 的长度应都保持一致，我们把第1次实验时橡皮筋对小车做的功记为W。 (3)由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出， 如图乙所示是其中四次实验打出的部分纸带。 (4)试根据第(2)、(3)项中的信息，填写下表。 从表中数据可得出结论：_。,图甲,图乙,【答案】见解析,考点2 实验数据的处理,【解析】(1)将木板固定，有打点计时器 的一端垫起适当的高度，使小车缓慢匀速下滑。 (4)由匀速运动的速度公式v=x/t，其中x从图上读出分别为2.00 cm，2.83 cm， 3.46 cm、4.00 cm。t=T=1/f=0.02 s，即可求出小车的速度。 橡皮筋对小车所做的功

11、与小车速度的平方成正比。,某试验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”。如图，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50.0 cm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。,小车、砝码,然后释放小车,2,在小车中增加砝码，或_，重复的操作。 (2)