55实验5探究动能定理(学案).docx

5.5 实验5:探究动能定理
课前自主预习学案
预习目标
1. 通过实验探究外力对物体做功与物体速度变化的关系。

2. 通过分析实验数据，总结出做功与物体速度的平方的正比例关系。

预习内容
一. 实验目的
1. 通过实验探究外力对物体做功与物体速度变化的关系。

2. 通过分析实验数据，总结出做功与物体速度的平方的止比例关系。

二. 实验原理
探究功与速度变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测岀力对物体做不同的功时物体的速度，为简化实验可将物体 初速度设置为零，可用卜•图所示的装置进行实验，通过増加橡皮筋的条数使橡皮筋对•小车做的功成倍増加，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人
三. 实验器材
小车(前•而带小钩)、100〜200 g 祛码、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(使用电火花计时器则不用学生电源八5〜6条等长的橡皮筋、刻度尺。

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e 设此时橡皮筋对小车做的功为叭 将这一组 数据记入表
格。

3•用2条橡皮筋做实验，实验屮橡皮筋拉伸的长度与笫一次相同，这时橡皮筋对小车做的功为他 测出小车获得的速 度d 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。

五. 数擱处理
先对测量数据进行估计，或者作个｝孑草图，大致判断两个量可能是什么关系。

如果认为可能是*"几 对丁•每一个速 度值算出它
的二次方，然厉以伊为纵处标、/为横坐标作图•如果这样作岀來的图彖是一条直线，说明两者关系真的就是几
六、 误差分析
1. 谋差的主要來源是橡皮筋的长度、粗细不使橡皮筋的拉力做功伊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. 利用打点的纸带计算小车的速度时，测量不准会带來误差。

七、 注意事项
1. 平衡摩擦力很关键，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，山打点计 时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到木板一个合适的倾角。

2•测小车速度时，应选纸带上点距均匀的部分，也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点。

3. 橡皮筋应选规格一样的。

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。

这是本实验的技 巧Z —，
这里通过转换单位的方法巧妙地解决了这一难题，这也是物理实验中常用的-•种思想和手段。

八. 实验改进
本实验中物体运动速度町以使用速度传感器直接采集，比用打点计时器方便快捷且误差较小；小车受到的外力也可以用 拉力传感器采集以便于直接计算出合外力做功的大小;另外町以把长木板换成气垫导轨,省略平衡摩擦力的操作步骤,达到 简化实验过程的H 的。

课内合作探究学案
一.实验原理及误差分析
口主探究1.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，实验主耍过程如下:
(1) 设法让橡皮筋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m % vs. (3)作出W-v 草图:
(4)分析W-v 图彖，如果W-v 图彖是一条直线，表明W-V ；如果不是直线，可考虑是否存在Woe/、woe/、Woe Tv 等关 系o
以下关于该实验的说法中有i 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. 2队3队…所采川的方法是选川同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡 皮筋拉
四、实验步骤
1.按如图所示将实验仪器安装好
,
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.某同学在一次实验屮得到一条记录纸带。

纸带上打出的点，两端密、中间疏。

出现这种情况的原因町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」点到最后一点的距离来进行计算
思路点拨：明确本实验原理及误差來源是分析判断本题的关键。

规律总结
1.箱篡算用和7的数值，而只看第2次、第3次…实验中的俗和卩是第1次的多少倍，这样可简化数据的测量和处理。

2.实验屮要通过倾斜木板平衡摩擦力，这与探究加速度与力、质量关系中平衡丿攀擦力的方法是一样的。

二.实验数据处理
自主探究2. (2012 •四川绵阳一模)某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“恒力做功与动能改变关系"。

如
图所示，他们将拉力传感器固定在小车上，川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。

在水平桌而上相距50. 0 cm的久〃两点各安装一个速度传感器，记录小车通过人〃点时的速度人小，小车中可以放置怯码。

(1)实验主要步骤如下：
①测量______ 和拉力传感器的总质量显；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，_________ ,小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过久〃点时的速度。

③在小车中增加祛码或_______ ,重复②的操作。

⑵下列表格是他们测得的一组数据，其中M是M与小车中祛码质量Z和，丨诒一內是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量A E, F是拉力传感器受到的拉力，"堤尸在人〃间所做的功。

表格中的AE= __________________________________ ,
他=________ 。

(结果保留三位有效数字)
思路点拨：先读出小车通过〃、力两点时的速度和拉力传感器的读数，再分別求出小车和拉力传感器通过〃、力动能的变化量和拉力所做的功，即可比较。

规律总结
处理嬴验数据的方法有平均值法、列表法和图象法，木题主要用了后两种方法处理实验数据。

列表法的优点是将数据列成农格，可以简明地农示出育关物理量之间的关系，便丁•检查测量结果和运算是否合理，有助丁发现和分析问题，而且列表法还是图象法的基础。

图象法的优点是通过作图可以找到或反映物理量之间的变化关系，并便于找岀其中的规律，确定对应量的函数关系。

我的收获：知识: 方法:
检测达标
1・（2012 •江苏赣榆中学模拟）在“探究功与物体速度变化关系”的实验中，每次选取纸带后，我们应选取纸帯上的哪些点來求小车的速度（）
A •间距均匀的
B.间距不均匀的
C.间距均匀的与不均匀的都可
D.最好是间距肉匀的，若纸带上没有间距肉匀的，也可用间距不肉匀的
2.（2012 •山东淄博一模）某同学利用验证牛顿第二定律的实验装置來验证动能定理。

在一端带滑轮的长木板上固定放
置两个光电门，其小光电门乙固定在靠近滑轮处，光电门屮的位置可移动。

与两个光电门都和连的计时器可以显示出遮光片从光电门屮至乙所用的时间。

改变光电门屮的位置进行多次测量，每次都使小车上的遮光片从紧靠光电门屮处由静止开始运动，用米尺测量甲、乙Z间的距离S,并记下相应的时间4测得小车的质量为必钩码的质量为〃并满足〃远远大于加则：外力对小车做功为,小车动能的増量为卜4 _________________________________________________________________________ o （用题中的字母表示）为减小实验误差，你认为实
验操作之前必须进行的操作是：____________________________________________________________________________ O
3.（2012 -湖南衡阳联考）某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”，设计了如卜•实验，他的操作步骤是：
实验小车打点计时器
①按如图摆好实验装置，其屮小车质量，40・20 kg,钩码总质量777=0. 05 kgo
②释放小车，然后接通打点计时器的电源（电源频率为f=50 llz）,打出一条纸带。

（1）他在多次重复实验得到的纸带认为满意的一条，如图所示。

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0点距离分别为么= 0.041 m, 4=0. 055 m, d=0. 167 m, H=0・256 m, ^=0. 360 m, 4=0. 480 m,…，他把钩码重力（当地重力加速度g=9. 8 m/s2）作为小车所受合力算出打下0点到打下第5点合力做功。

*! 2 ? 9 ? 厲
*= __________ J（结果保留三位冇效数字），用正确的公式E=（用相关数据前字母列式）把打下第5点时小车动能作为小车动能的改变量,算得^=0.125 Jo
（2）通过此次实验探究的结果，他没能得到“介力对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差很人。

通过反思，他认
为产生谋差的原因如下，其中正确的是___________ 。

A•钩码质量太人，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏人太多
B.没有平衡摩擦力，使得合力对物体做功的测量值比其实值偏大太多
C.释放小车和接通电源的次序有谋，使得动能增量的测量值比真实值偏小
I）.没有使用最小刻度为亳米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因
答案：
魚内探究:
［自主探究1］D解析：放开小车之后，小车在橡皮筋的作用下开始加速运动，等到橡皮筋与小车分离之后，小车做匀速直线运动。

本实验中测的速度是小车匀速运动的速度，而不是整个过程的平均速度，因此研究纸带上打卜-的点一定是那些均匀分布的点。

［自主探究2］⑴①小车②释放小车③减少祛码
（2）0.600 J 0. 610 J
（3）见解析图
解析：（1）①在实验过程中拉力对小车和拉力传感器做功使小车和拉力传感器的动能增加，所以需要测量小车和拉力传感器的总质量；③通过控制变量法只改变小车的质量或只改变拉力人小得出不同的数据；（2）通过拉力传感器的示数和4 B 间距用W=/-Z可计算拉力做的功；⑶利用图彖法处理数据，山动能泄理戒一如彳，可知W与"成正比，作图可用描点法，图线如图所示。

检测达标：1・A 解析：橡皮筋完全恢复后不再有力对小车做功，小车做匀速运动，纸帶上的点间距是均匀的，故A 对，B 、C 错；若纸带上没冇间距均匀的点，说明纸带太短，橡皮筋还没完全恢复原状纸带已完全通过打点计时器，在这种 情况卜•应选用更长的纸带，或者是因为摩擦力没被完全平衡，需重新•平衡摩擦力，故D 错。

=2s/代 小车经过光电门乙时速度为v=at=2s/t,小车动能的增量为A^=|j/r=2.IXs7^o 为减小实验谋差，实验操作Z 前必须进行的操
作是：将长木板的左端适当垫高，反复调节，來平衡摩擦力。

3. (1)0. 176 —(dC-<Z)2 (2)ABC
⑵木实验产生误差的因素町分为实验原理不完善引起的误差和实验操作引起的误差。

主耍原因一：钩码质量太人，小车质量没有远人丁•钩码质量，使得合力对物体做功的测呈值比真实值偏人太多。

因为根 据牛顿第二定律可求得，小车的拉力应该是尸=处日=叭一土「=—J 可见，只有在小车质量远人于钩码质量时，才可 眼)十处 ]+他 将钩码的重力当做小车所受的拉力。

主要原因二：没冇平衡摩擦力。

小车在运动中要克服摩擦阻力做功消耗部分动能。

主耍原因三：释放小车和接通电源的次序有误，使得合力做的功的测量值比真实值偏小。

使用打点计时器开始汁时时, 应该先开电源后放小车。

综上分析，本题答案为A. B 、C 。

2. mgs
将长木板的左端适当垫高，反复调节, 解析：山于〃远远大于规小车所受合外力近似等于飓,
以平衡燃擦力
外力对小车做功为弋=Illgs 。

根据S=^ar 解得小车加速度为a
解析: (1用=用=翻=0・05 kgX9・8 m/s 2X0. 360 m=0. 176 4 J~0. 176 J
；打下第5点时小车的速度
ck 、一 d\
T
10 m/s,
所以丘=新=*X3/X[-
f
Mf
U
r d&— d\
200 A£/J。