2021版第2章实验：探究恒力做功与动能改变的关系
实验5 探究恒力做功与动能改变的关系
m/s＝0.653 m/s.
答案
①C
基本实验要求
②0.653
实验热点聚焦 拓展创新实验
热点二
实验过程及数据处理
【典例2】 利用如图5所示的装置探究外力做功与动能改变的关 系，滑块在不同个数的钩码作用下，从同一位置由静止释放 (已知光电门的宽度为2 cm)．各项实验数据如下表．
图5
基本实验要求
实验热点聚焦
实验五 探究恒力做功与动能改变的关系
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
误差分析 1．若忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力会对实验结果产生 影响． 2．实验中，由于钩码质量远小于小车质量，可认为绳子对小车 的拉力 F大小等于钩码重力 mg.但实际情况是：钩码向下的运
动是加速运动， mg － F ＝ ma ，所以 F<mg.F 与 mg 的差别在钩
图6
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
(1)为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的
位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做
________运动． (2) 连接细绳及托盘 ， 放入砝码 ，通过实验得到图 7 所示的纸 带．纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1 s的相邻计数点 A、B、C、D、E、 F、 G.实验时小车所受拉力为 0.2 N，小车的质量为0.2 kg.
v52≈5 m2/s2；
基本实验要求 实验热点聚焦 拓展创新实验
(2)根据表中数据绘出图象如右图所示． (3)由W－v2可知，外力做功与物体动能的变化量成正比．
答案
见解析
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
【跟踪短训】 2．如图6所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系” 的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动 能变化的关系”的实验：
高中物理实验 探究恒力做功与动能改变的关系
_______________________________________________________________.
(3)在(2)的基础上，某同学用天平称出滑块的质量 M.往沙桶中装入适量的细 沙，并称出此时沙和沙桶的总质量 m.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 m 应满足的实验条件是________．实验 时释放滑块让沙桶带着滑块加速运动，用打点计时器(打相邻两个点的时间间隔 为 T)记录其运动情况的纸带如图 3 所示，纸带上开始的一些点较模糊未画出， 其他的每两点间还有 4 个点也未画出，现测得 O 到 E 点间的长为 L，D 到 F 点 间的长为 s，则 E 点速度大小为________．若取 O 点的速度为 v1、E 点速度为 v2 那么本实验最终要验证的数学表达式为________．
实验：探究恒力做功与动能改变的关系
一、实验目的 探究恒力做功与动能改变的关系． 二、实验原理 在钩码的拉动下，小车的速度发生了变化，也就是小车的动能发生了变 化．钩码对小车的拉力对小车做了功，只要能求出小车动能的变化量、小车运 动的位移以及钩码对小车的拉力(近似等于钩码的重力)，就可以研究 W＝Fs 与 ΔEk 之间的关系．
三、注意事项 1．实验中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 究拉力做功与物体动能变化的关系，应该设法消除摩擦力的影响，可采取将木 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．
2．尽量减小小车的加速度．因为钩码拉着小车加速运动时，钩码处于失重 状态，小车受到的拉力小于钩码的重力．为减小这一系统误差，应使小车的加 速度尽量小，也就是实验中必须满足钩码的质量远小于小车的质量．
高中物理_探究：合力做功和动能改变的关系教学设计学情分析教材分析课后反思
探究：合力做功与物体动能变化的关系【课题】探究：合力做功与物体动能变化的关系【教学时间】一课时【教学对象】高中一年级学生【教材】鲁科版高中物理必修二第二章第一节“动能的改变”第一课时【教学内容分析】1．本节课的地位和作用：动能定理实际上是对一个质点的动能关系，它贯穿这一章的教材，是这一章的重点。
该节突出了实验探究与理论相结合的地位，充分体现新课标对学生探究能力的培养。
而这些探究过程中所学到的技能又对后面的学习打下了基础。
2．课程标准对本节的表述是：“通过实验，探究恒力做功与物体动能变化的关系。
理解动能和动能定理。
用动能定理解释生活和生产中的现象。
”3．教材的内容安排：教材第二章第一节内容较多，需要分2课时来完成，本节课是属于第一课时，主要是通过实验得到合力做功和动能改变的关系。
4．教材的特点：第一，教材注重利用实验与结论相结合让学生学习物理知识，并且强调学生的自主探究与参与。
第二，重视知识由浅入深，有层次地推进新课内容。
5．对教材的处理：本节课的教学设计与教材的设计顺序相同，充分利用新课标教材中的实验探究内容丰富的特点，让学生充分参与到实验设计、动手操作、数据处理、实验分析与改进之中，提高实验能力，提高对动能定理的理解。
【学生情况分析】1、学生的兴趣作为高一的学生，他们的思维正处于由“经验型”向“理论型”过渡，已有独立思考的意识，因果认识兴趣增强，对于物理实验体现出一定的兴趣，对规律表现出一定的分析、概括。
2、学生的知识基础学生通过前面的学习，已经学习了外力做功、动能、重力势能的相关基础知识，并已了解了自由落体运动重力做功的特征，同时已经接触了用图表来进行比较的方法。
学生在上学期的“探究：加速度与力质量的关系”实验中对本次实验的很多内容已有所学习。
3、学生学习中的困难虽然学生已经学习了“探究：加速度与力质量的关系”实验，但实验能力仍有较大欠缺。
【教学目标设计】知识与技能1、知道外力对物体做功可以改变物体的动能；2、理解合力做功和动能改变的关系。
对“恒力做功与物体动能变化的关系”的实验教学探讨
对“恒力做功与物体动能变化的关系”的实验教学探讨作者：苏丽琴来源：《物理教学探讨》2010年第01期摘要:在“恒力做功与物体功能变化的关系”的实验教学中,通过让学生分析比较几种不同的实验方案,体现探究式教学理念。
关键词:实验教学;探究中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2010)1(S)-0005-31 本实验在教材中的地位鲁科版物理教材在必修2 第2章“能的转化与守恒”的第1节“动能的改变”中引入了探究实验“恒力做功与物体动能变化的关系”。
以往的教材在动能定理这一节都是根据恒力做功、牛顿第二定律及匀变速运动的相关知识进行理论上的推导,直接得出动能定理。
新教材在理论推导前先引入这一探究实验,引入的目的是为了让学生亲身经历和体验科学探究的过程,通过探究过程,进一步提高学生科学探究的能力。
从本章的知识体系来看,通过探究实验,是对动能定理的初步研究。
让学生从一个新的角度思考问题,即开始培养学生从功和能相互联系的角度定量的分析解决力学问题。
对学生来讲,第一次将运动、力、功以及能量联系在一起,为培养学生综合分析问题打下基础,也为动能定理的理论推导奠定了一个认识基础。
2 关于实验方案的设计与选择的教学探讨课前教师要从教学设计及实验器材的准备两方面做充分的准备,积极创造条件让学生亲身经历实验探究过程。
为此,教师首先要创设情景引出探究问题:力做功与物体动能改变大小之间有什么定量关系?接下来,指出本节课是从最简单的情况(恒力做功)入手,设计实验来探究恒力做功大小与物体动能改变大小的定量关系的。
为了使问题更简单明了,为探究限定两个条件:(1)物体受恒定外力作用;(2)物体做直线运动。
教学过程中,先引导学生分析本实验需要测量的物理量有:物体所受的合外力F、物体的位移S、物体的质量m、物体的速度v。
物体的质量m可直接用天平测量,物体的位移S的测量可用刻度尺,因此在设计实验方案时应着重考虑物体所受的合外力F、物体的速度v的测量。
实验五探究动能定理
高频考点例析
(3)在(2)的基础上，某同学用天平 称量滑块的质量M，往砂桶中装入适量 的细砂，用天平称出此时砂和砂桶的 总质量m.让砂桶带动滑块加速运动， 用打点计时器记录其运动情况，在打 点计时器打出的纸带上取两点，测出 这两点的间距L和这两点的速度大小v1 与v2(v1＜v2)．则本实验最终要验证的 数学表达式为____________(用题中的 字母表示实验中测量得到的物理量)．
基础知识梳理
8.结论：恒力所做的功跟动能变化 量之间的关系是恒力所做的功等于物 体动能的变化．
基础知识梳理
五、注意事项 1．砝码和砝码盘的总质量要远小 于小车的质量． 2．平衡摩擦力时，砝码盘中不要 加砝码，但应连着纸带且接通电源． 3．小车所受的阻力f应包括小车受 的摩擦力和打点计时器对小车后所拖 纸带的摩擦力． 4．小车应靠近打点计时器，并且 要先接通电源后再放手．
高频考点例析
可以看出，m1、m2已知，v与v0已 知，s已测出，除摩擦力外，还需测量 的是小车的质量． 【答案】 (1)②接通打点计时器 电源 释放小车 关闭打点计时器电 源 (2)5.05～5.10 0.48～0.50(答案在 此范围都得分) (3)重力(钩码的重力) 摩擦力(阻 力) (4)Δv2∝s(速度平方的变化与位移 成正比) 小车的质量
图5 －5 －2
高频考点例析
对实验原理、器材的考 查 例1 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5－ 5－3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、细砂．当滑块连接上纸 带，用细线通过滑轮挂上空的小砂桶时， 释放小桶，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： 题型一
高中物理必修2《恒力做功与物体动能变化的关系》教学设计
高中物理必修2《恒力做功与物体动能变化的关系》教学设计高中物理必修2《恒力做功与物体动能变化的关系》教学设计一、教学内容分析：《普通高中课程标准物理教科书教学设计--恒力做功与物体动能变化的关系物理2（必修）》（司南版）第二章第一节动能的改变２．恒力做功与动能改变的关系。
动能定理是力学中最重要的规律之一，它的应用贯穿于以后的许多章节，通过实验探究恒力做功与物体动能变化的关系，是对动能定理的初步研究，是学习整章内容的重要的前期准备，这部分知识的学习让学生从一个新的角度思考问题，即开始培养学生从功和能相互联系的角度定量分析解决力学问题。
所以本节要求学生通过做功转化成其它能量的数学描述。
为培养学生综合分析问题打下基础。
二、学生学习情况分析：初中时学生已学过了动能的初步知识，这为本节教学奠定了一定的基础。
在此基础上，进一步了解物体的动能与物体的质量和速度的定量关系，为实验探究外力做功与物体动能变化的定量关系做好铺垫。
另外，通过“必修1”的学习，学生已经掌握了实验探究的一些科学研究方法，经历了匀变速直线运动的实验研究过程等相关知识三、设计思想：“课堂探究教学”并不在于让学生在课堂解决多少实际问题，而是通过研究训练，帮助学生逐步学会发现问题、熟悉研究过程、模仿研究方法，提高合作能力和实践习惯。
本课时采用“问题—讨论—分组实验—交流归纳”的教学过程。
从生活中实例发现问题，激发学生思考讨论，进而确定实验方案并进行分组实验，得出结论。
在教学中要的是体现学生自主学习的教育观念，引导学生进行实验探究，使学生在知识获取的同时建立一种成就感，调动学生的学习兴趣。
全课教学流程如下：四、教学目标：1．知识与能力：掌握动能的概念，实验探究外力（恒力）做功与动能的变化数值关系。
初步认识动能定理。
2．过程与方法：通过实验探究，让学生经历科学探究的过程和探究的主要方法。
锻炼学生的动手操作能力，培养学生对实验原理和方法的迁移能力和利用已知知识解决实际问题的能力。
2020-2021学年高中物理 第2章第2讲 实验 探究恒力做功与动能改变的关系学案 鲁科版必修2
第2讲实验:探究恒力做功与动能改变的关系[目标定位] 1.通过实验探究恒力做功与动能改变的关系.2。
学习利用图象法研究功与物体速度变化的关系．1．常见的两种实验方案（1）方案一:使小车在橡皮筋的作用下弹出，如图1所示．图1改变橡皮筋的条数并使小车从____________被弹出；测出小车被弹出后的速度,寻找牵引力对小车做的功与小车速度的关系．想一想由于橡皮筋弹力随其形变量而变，那么如何处理橡皮筋对小车做的功？(2）方案二：由重物通过滑轮牵引小车，如图2所示．图2改变重物的______或者改变小车运动的______，也就改变了牵引力做的功，从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系．2．平衡摩擦力将木板一端垫高至轻推小车后小车做__________运动，此时,小车不要连接重物或拴橡皮筋，但应连着______且接通电源．想一想方案一实验中若不平衡摩擦力，纸带上的点会是什么样的?平衡摩擦力后,纸带上的点又会是什么样的？3．数据的处理：通过试探与分析，确定W与v的关系．(1)图象法:分别试探画出W与v、W与____、W与____、W与____间关系的图象，找出哪一组的图象更接近于过原点的__________，从而确定功与速度变化的正确关系．（2）计算法：对方案二,测出对小车拉力大小F,小车位移s，及对应速度v，计算拉力（或合力)对小车做的功W＝____，从而确定功与速度变化的关系。
一、借助变力做功探究功与速度变化的关系1．实验步骤（1)按图3组装好实验仪器，由于小车在运动中会受到阻力，把木板略微倾斜,使小车在木板上匀速运动,以平衡摩擦力．图3(2）先用一条橡皮筋进行实验．把橡皮筋拉伸一定长度,理顺纸带，接通电源，放开小车．(3）换用纸带，改用2条、3条……同样的橡皮筋进行第2次、第3次……实验，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都相同．（4）由纸带上点迹均匀部分算出小车获得的速度，把各次实验获得的速度依次记入设计的表格中．(5)对观测数据进行估计，大致判断两个量可能的关系，然后以W为纵坐标，以v（v2、v3)为横坐标作图．2．数据处理与结果（1)以拉力（或合力）做的功W为纵坐标，注意单位为一根橡皮筋做的功W0,以v为横坐标，作出Wv图象．若如图4甲所示为曲线，尝试作Wv2图象，如图乙，若Wv2图线为直线,则说明W∝v2。
第2章 实验 探究恒力做功与动能改变的关系
鲁科版物理 · 必修2 (2)根据表中数据绘出图象，如图所示．
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(3)由 W－v2 可知，恒力做功与物体动能的变化量成正比． [答案] (1)见规范解答 (2)见规范解答 (3)恒力做功与物体动能的变化量成正 比
鲁科版物理 · 必修2
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本题设计巧妙，通过改变钩码的个数来实现外力对滑块做功为 W0、2W0、3W0…， 通过光电门测量滑块的速度，因此理解实验原理是解决此类问题的关键．
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2.数据处理 (1)纸带数据的处理，如下图所示的纸带上，(n－1)点、n 点、(n＋1)点到第一点的 距离分别是 dn－1、dn、dn＋1，则 n 点速度 vn＝dn＋12－Tdn－1
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(2)实验的数据处理
①计算各数据中 v2 和相应的外力做功 W 的数值填入下表． 编号
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(3)在上述实验中，打点计时器使用的交流电频率为 50 Hz.某同学平衡摩擦力时打 出的一段纸带如图乙所示，则小车匀速运动时的速度大小为________m/s.(计算结果保 留三位有效数字)
[思路点拨] 该实验的装置与探究加速度与力、质量的关系的实验装置相同，学 习中要做到温故知新．
(3)小车先加速后匀速运动，匀速运动的速度可由 DE 段求得 v＝st＝0.1300－.020.102m/s＝1.40 m/s.
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[答案] (1)钩码的质量远小于小车的质量 (2)钩码和小车的质量 (3)1.40
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鲁科版物理 · 必修2
2019-2020鲁科版物理必修2 第2章 实验：探究恒力做功与动能改变的关系
实验：探究恒力做功与动能改变的关系[学习目标] 1.通过实验探究力对物体做功与物体速度变化的关系.2.体会探究过程和所用的方法．一、实验原理和方法在钩码的拉动下，小车的速度发生了变化，也就是小车的动能发生了变化．钩码对小车的拉力对小车做了功，只要能求出小车动能的变化量、小车运动的位移以及钩码对小车的拉力(近似等于钩码的重力)，就可以研究W＝Fs与ΔE k之间的关系．二、实验器材长木板(一端附有滑轮)、打点计时器、钩码若干、小车、纸带、复写纸片、刻度尺、细线．(实验装置如图所示)三、实验步骤1．将打点计时器固定在长木板上，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．改变木板倾角，使小车重力沿斜木板方向的分力平衡小车及纸带受到的摩擦力，使小车做匀速直线运动．3．用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的钩码相连．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．4．更换纸带，重复实验．选择一条点迹清晰的纸带进行数据分析．四、数据处理1．应用纸带求解速度：小车在细线的拉力作用下，做匀加速直线运动．初速度和末速度可通过处理纸带求得．依据匀变速直线运动特点计算某点的瞬时速度：v n＝s n＋1＋s n2t.2．计算恒力所做的功：在纸带上记下第一点O的位置，再在纸带上任意点开始选取n个点1、2、3、4…并量出各点到位置O的距离，即为小车运动的位移s，由此可计算拉力所做的功W1＝mgs1，W2＝mgs2…3．确定物体动能的改变量：ΔE1＝12M v21，ΔE2＝12M v22…五、误差分析本实验的误差主要来源于拉力略小于钩码的重力、不能完全平衡摩擦力、起始点O的速度不为零和测量误差等方面．六、注意事项1．实验中不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们研究拉力做功与物体动能变化的关系，应该设法消除摩擦力的影响，可采取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．2．尽量减小小车的加速度．因为钩码拉着小车加速运动时，钩码处于失重状态，小车受到的拉力小于钩码的重力．为减小这一系统误差，应使小车的加速度尽量小，也就是实验中必须满足钩码的质量远小于小车的质量．3．由于本实验要求小车由静止开始运动，所以应正确选取O点位置，选取第一个点迹清晰的纸带，其他点的位置尽量离O点远些．【例1】某学习小组的同学想要验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套装置如图所示，另外还有交流电源、导线、复写纸、细沙以及天平都没画出来．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态．如果要完成该项实验，则：(1)还需要的实验器材是()A．秒表B．刻度尺C ．弹簧测力计D ．重锤(2)进行实验操作时，首先要做的步骤是 .(3)在(2)的基础上，某同学用天平称出滑块的质量M .往沙桶中装入适量的细沙，并称出此时沙和沙桶的总质量m .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m 应满足的实验条件是 ．实验时释放滑块让沙桶带着滑块加速运动，用打点计时器(打相邻两个点的时间间隔为T )记录其运动情况的纸带如图所示，纸带上开始的一些点较模糊未画出，其他的每两点间还有4个点也未画出，现测得O 到E 点间的长为L ，D 到F 点间的长为s ，则E 点速度大小为 ．若取O 点的速度为v 1、E 点速度为v 2那么本实验最终要验证的数学表达式为 ．[解析] (1)要完成该实验需要测定合外力做的功W 及滑块的初、末动能E k1、E k2，因此需要测定滑块的运动位移，给出的几种器材中需要刻度尺，选项B 正确．(2)为了便于操作，应使细线对滑块的拉力就是滑块受到的合外力，因此，应该首先平衡滑块受到的摩擦力．(3)滑块与沙桶和沙子组成的系统加速运动，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，就要求沙子和沙桶的合外力近似为零，因此，需要满足m ≪M ；打下D 、F 两点的时间间隔为t ＝2×5T ＝10T ，点E 是中间时刻打的点，因此v E ＝v ＝s 10T ；O 点的动能为E k1＝12M v 21，E 点的动能为E k2＝12M v 22，该过程合外力做的功为W ＝mgL ，为了验证动能定理，需要验证mgL ＝12M v 22－12M v 21成立． [答案] (1)B (2)平衡摩擦力(3)m ≪M s 10T mgL ＝12M v 22－12M v 21 【例2】 某同学为探究“合力做功与物体速度变化的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：①按图摆好实验装置，其中小车质量M＝0.20 kg，钩码总质量m＝0.05 kg.②释放小车，然后接通打点计时器的电源(电源频率为f＝50 Hz)，打出一条纸带．(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d1＝0.004 m，d2＝0.055 m，d3＝0.167 m，d4＝0.256 m，d5＝0.360 m，d6＝0.480 m…，他把钩码重力(当地重力加速度g取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W＝J(结果保留三位有效数字)，打下第5点时小车的速度v5＝m/s(结果保留三位有效数字)．(2)此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功W∝v2”的结论，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)根据题意，物体所受合外力为：F＝mg＝0.05×9.8 N＝0.49 N，根据功的定义可知：W＝Fd5＝0.176 J；根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，可以求出第5个点的速度大小为：v5＝d6－d42T＝0.480－0.2562×(5×0.02)m/s＝1.12 m/s.(2)设绳子上拉力为F，根据牛顿第二定律有：对小车：F＝Ma①对钩码：mg－F＝ma②联立①②可得F＝mgMM＋m＝mg1＋mM，由此可知当M≫m时，钩码的重力等于绳子的拉力，因此当钩码质量太大时，会造成较大误差，故A正确；实验中要进行平衡摩擦力操作，若没有平衡摩擦力，直接将钩码重力做的功当作小车合外力做的功，会造成较大误差，故B正确；释放小车和接通电源的顺序有误，影响打点多少，不一定会使动能的测量值偏小，故C错误；距离的测量产生的误差不是该实验产生的主要误差，故D错误．[答案](1)0.176 1.12(2)AB为减小这一系统误差，应使小车的加速度尽量小，也就是实验中必须满足钩码的质量远小于小车的质量.由受力分析及牛顿第二定律可知，F＝Ma，mg－F′＝ma，且F′＝F，联立得当M远大于m时，有F≈mg.如果钩码质量太大，和小车质量相差不多，那么F≠mg，此时再认为F＝mg，产生的误差就很大了.1．在“探究合外力做功和动能变化的关系”的实验中，根据实验数据作出了如图所示的W-v图象，下列符合实际的是()B[根据实验探究知道W∝v2，故W-v图象应是开口向上的抛物线的一部分，故B对，A、C、D错．]2．在“探究恒力做功与动能改变的关系”的实验中，小车运动中会受到阻力作用．这样，在小车沿木板滑行的过程中，除细线对其做功外，还有阻力做功，这样便会给实验带来误差，我们在实验中想到的办法是使木板略微倾斜，对于木板的倾斜程度，下面说法正确的是()①木板只要稍微倾斜一下即可，没有什么严格的要求．②木板的倾斜角度在理论上应满足下面的条件：重力沿斜面的分力应等于小车受到的阻力③如果小车在倾斜的木板上能做匀速运动，则木板的倾斜程度是满足要求的．④其实木板不倾斜，问题也不是很大，因为实验总存在误差．A．①②B．②③C．③④D．①④B[有两个标准可以验证木板是否满足实验要求：(1)小车的重力沿斜面的分力应等于小车自由运动时所受的阻力；(2)小车能在木板上做匀速直线运动．故B正确．]3．(多选)某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”．如图所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将小车通过一个定滑轮与砂桶相连，用拉力传感器记录小车受到的拉力的大小．在滑板边缘上的A、B两点各安装一个速度传感器记录小车通过A、B两点时的速度大小．实验过程中不必要的是()A．平衡摩擦力B．测量A、B两速度传感器间的距离LC．测量砂及砂桶的总质量D．砂及砂桶的总质量远小于拉力传感器和小车的总质量CD[为使小车所受的合力等于细线的拉力，必须平衡摩擦力；要测量拉力做的功，必须要测量A、B两速度传感器间的距离L；小车受到的拉力可由拉力传感器直接测出，无需测量砂及砂桶的总质量，也不需要考虑砂及砂桶的总质量远小于拉力传感器和小车的总质量．]4．某实验小组的同学采用如图甲所示的装置(实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面)用打点计时器得到一条纸带后，通过分析小车位移与速度变化的关系来研究合力对小车所做的功与速度变化的关系．图乙是实验中得到的一条纸带，点O 为纸带上的起始点，A 、B 、C 是纸带上的三个连续的计数点，相邻两个计数点间均有4个点未画出，用刻度尺测得A 、B 、C 到O 的距离如图乙所示．已知所用交变电源的频率为50 Hz ，则：甲乙(1)打B 点时，小车的瞬时速度v B ＝ m/s.(结果保留两位有效数字)(2)实验中，该小组的同学画出小车位移l 与速度v 的关系图象如图所示．根据该图线形状，某同学对W 与v 的关系作出的猜想，肯定不正确的是 ．(填写选项字母代号)A ．W ∝v 2B ．W ∝vC ．W ∝1vD ．W ∝v 3(3)本实验中，若钩码下落高度为h 1时合力对小车所做的功为W 0，则当钩码下落h 2时，合力对小车所做的功为 ．(用h 1、h 2、W 0表示)[解析] (1)v B ＝l AC 2T＝(25.01－9.01)×10－22×0.1m/s ＝0.80 m/s.(2)由题图知，位移与速度的关系图象很像抛物线，所以可能l ∝v 2或l ∝v 3，又因为W ＝Fl ，F 恒定不变，故W ∝v 2或W ∝v 3，A 、D 正确，B 、C 错误．(3)设合力为F ，由W 0＝Fh 1，得F ＝W 0h 1，所以当钩码下落h 2时W ＝Fh 2＝h 2h 1W 0.[答案] (1)0.80 (2)BC (3)h 2h 1W 0 5．用如图甲所示的装置进行“探究动能定理”的实验，实验时测得小车的质量为m ，木板的倾角为θ.实验过程中，选出一条比较清晰的纸带，用直尺测得各点与A 点间的距离如图乙所示．已知打点计时器打点的周期为T ，重力加速度为g ，小车与斜面间的摩擦力忽略不计，那么打D 点时小车的瞬时速度为 ；取纸带上的BD 段进行研究，合外力做的功为 ，小车动能的改变量为 ．甲 乙[解析] 小车匀加速下滑，根据v t 2＝v t ，得v D ＝d 4－d 22T，小车与斜面间摩擦可忽略不计，F 合＝mg sin θ，所以合外力做的功为mg (d 3－d 1)sin θ，小车动能的改变量为12m v 2D －12m v 2B ＝m (d 4－d 2)28T 2－md 228T 2＝md 4(d 4－2d 2)8T 2. [答案] d 4－d 22T mg (d 3－d 1)sin θ md 4(d 4－2d 2)8T 26．在探究动能定理的实验中，将小车放在一端有滑轮的长木板上，让纸带穿过打点计时器，一端固定在小车上．实验中平衡摩擦力后，小车的另一端用细线挂钩码，细线绕过固定在长木板上的定滑轮，线的拉力大小就等于钩码的重力，这样就可以研究拉力做功和小车动能的关系．已知所挂钩码的质量m ＝1.0×10－2 kg ，小车的质量m 0＝8.5×10－2 kg(g 取10 m/s 2)．(1)若实验中打点纸带如图所示，打点时间间隔为0.02 s ，每三个计时点取一个计数点，O 点是打点起点，则打B 点时，小车的速度v B ＝ m/s ，小车的动能E k B ＝ J ．从钩码开始下落至B 点，拉力所做的功是 J ，因此可得出的结论是 ．(2)根据纸带算出相关各点的速度v ，量出小车运动距离s ，则以v 22为纵轴，以s 为横轴画出的图线应是 ，图线的斜率表示.A B C D[解析] (1)因为小车做匀加速运动，由平均速度公式得v B ＝0.031 4－0.007 82×0.06m/s ≈0.2 m/s. 小车的动能E k B ＝12m 0v 2B ＝1.7×10－3 J. 拉力做的功W ＝Ts ＝mgs OB ＝1.76×10－3 J.结论：在实验误差允许范围内，拉力所做的功等于物体动能的增加．(2)画出的图线为C 项图所示，图线的斜率表示小车的加速度a .[答案] 见解析7．为了探究“动能改变与合外力做功”的关系，某同学设计了如下实验方案：A ．第一步：他把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为M 的滑块通过细绳与质量为m的带夹重锤相连，然后跨过定滑轮，重锤夹后面连一纸带，穿过打点计时器，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板匀速运动，如图甲所示．B．第二步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使其穿过打点计时器，如图乙所示，然后接通电源，释放滑块，使之从静止开始加速运动．打出的纸带如图所示，测得各点与O点(O点为打出的第一个点)的距离如图所示：试回答下列问题：(1)已知O、A、B、C、D、E、F相邻计数点的时间间隔为T，根据纸带求滑块速度：当打点计时器打A点时滑块速度v A＝，打点计时器打B点时滑块速度v B＝.(2)已知重锤质量为m，当地的重力加速度为g，若已测出滑块沿斜面下滑的位移为s，则这一过程中，合外力对滑块做的功W合＝.(3)测出滑块在OA、OB、OC、OD、OE段合外力对滑块所做的功及v A、v B、v C、v D、v E，然后以W为纵轴，以v2为横轴建坐标系，描点作出W-v2图象，可知它是一条过坐标原点的倾斜直线，若直线斜率为k，则滑块质量M ＝.[解析](1)根据实验方案可知，取下细绳和重锤之后，滑块沿斜面做匀加速直线运动，根据匀加速直线运动公式可得：v A＝s22T，v B＝s3－s12T.(2)取下细绳和重锤后，滑块沿斜面加速下滑的合外力大小等于重锤的重力，即F合＝mg，则下滑位移s的过程中，合外力对滑块做的功为W合＝mgs.(3)以W为纵轴，以v2为横轴建立坐标系，得到W-v2图象，根据动能定理可知，W＝ΔE k＝12M v2，则k＝12M＝Wv2，那么滑块质量M＝2k.[答案](1)s22T s3－s12T(2)mgs(3)2k。
第2章 实验：探究恒力做功与动能改变的关系
第2章实验：探究恒力做功与动能改变的关系三、注意事项1．实验中不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们研究拉力做功与物体动能变化的关系，应该设法消除摩擦力的影响，可采取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．2．尽量减小小车的加速度．因为钩码拉着小车加速运动时，钩码处于失重状态，小车受到的拉力小于钩码的重力．为减小这一系统误差，应使小车的加速度尽量小，也就是实验中必须满足钩码的质量远小于小车的质量．3．由于本实验要求小车由静止开始运动，所以应正确选取O点位置，选取第一个点迹清晰的纸带，其他点的位置尽量离O点远些．四、误差分析本实验的误差主要来源于拉力略小于钩码的重力、不能完全平衡摩擦力、起始点O的速度不为零和测量误差等方面.实验探究1实验原理和实验步骤某学习小组的同学想要验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套装置如图2所示，另外还有交流电源、导线、复写纸、细沙以及天平都没画出来．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态．如果要完成该项实验，则：图2(1)还需要的实验器材是()A．秒表B．刻度尺C．弹簧测力计D．重锤(2)进行实验操作时，首先要做的步骤是____________________________________________________________________________________________.(3)在(2)的基础上，某同学用天平称出滑块的质量M.往沙桶中装入适量的细沙，并称出此时沙和沙桶的总质量m.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m应满足的实验条件是________．实验时释放滑块让沙桶带着滑块加速运动，用打点计时器(打相邻两个点的时间间隔为T)记录其运动情况的纸带如图3所示，纸带上开始的一些点较模糊未画出，其他的每两点间还有4个点也未画出，现测得O到E点间的长为L，D到F点间的长为s ，则E 点速度大小为________．若取O 点的速度为v 1、E 点速度为v 2那么本实验最终要验证的数学表达式为________．图3【解析】 (1)要完成该实验需要测定合外力做的功W 及滑块的初、末动能E k1、E k2，因此需要测定滑块的运动位移，给出的几种器材中需要刻度尺，选项B 正确．(2)为了便于操作，应使细线对滑块的拉力就是滑块受到的合外力，因此，应该首先平衡滑块受到的摩擦力．(3)滑块与沙桶和沙子组成的系统加速运动，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，就要求沙子和沙桶的合外力近似为零，因此，需要满足m ≪M ；打下D 、F 两点的时间间隔为t ＝2×5T ＝10T ，点E 是中间时刻打的点，因此v E ＝v ＝s 10T ；O 点的动能为E k1＝12M v 21，E 点的动能为E k2＝12M v 22，该过程合外力做的功为W ＝mgL ，为了验证动能定理，需要验证mgL ＝12M v 22－12M v 21成立． 【答案】 (1)B (2)平衡摩擦力(3)m ≪M s 10T mgL ＝12M v 22－12M v 21 实验探究2 数据处理和误差分析某同学为探究“合力做功与物体速度变化的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：①按图4摆好实验装置，其中小车质量M ＝0.20 kg ，钩码总质量m ＝0.05 kg. ②释放小车，然后接通打点计时器的电源(电源频率为f ＝50 Hz)，打出一条纸带．图4(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5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d 1＝0.004 m ，d 2＝0.055 m ，d 3＝0.167 m ，d 4＝0.256 m ，d 5＝0.360 m ，d 6＝0.480 m …，他把钩码重力(当地重力加速度g取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W ＝________J(结果保留三位有效数字)，打下第5点时小车的速度v5＝______m/s(结果保留三位有效数字)．图5(2)此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功W∝v2”的结论，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)根据题意物体所受合外力为：F＝mg＝0.05×9.8 N＝0.49 N，根据功的定义可知：W＝Fd5＝0.176 J；根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，可以求出第5个点的速度大小为：v5＝d6－d42T＝0.480－0.2562×(5×0.02)m/s＝1.12 m/s.(2)设绳子上拉力为F，根据牛顿第二定律有：对小车：F＝Ma ①对钩码：mg－F＝ma ②联立①②可得F＝mgMM＋m＝mg1＋mM，由此可知当M≫m时，钩码的重力等于绳子的拉力，因此当钩码质量太大时，会造成较大误差，故A正确；实验中要进行平衡摩擦力操作，若没有平衡摩擦力直接将钩码重力做的功当做小车合外力做的功，会造成较大误差，故B正确；释放小车和接通电源的顺序有误，影响打点多少，不一定会使动能的测量值偏小，故C错误；距离的测量产生的误差不是该实验产生的主要误差，故D错误．【答案】(1)0.176 1.12(2)AB。
实验五 探究恒力做功与动能改变的关系—2021届高考物理一轮复习检测
实验五 探究恒力做功与动能改变的关系1．某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系”，图13设计了如下实验，他的操作步骤是： a ．连接好实验装置如图13所示．b ．将质量为200 g 的小车拉到打点计时器附近，并按住小车．c ．在质量为10 g 、30 g 、50 g 的三种钩码中，他挑选了一个质量为50 g 的钩码挂在拉线的挂钩P 上．d ．释放小车，打开打点计时器的电源，打出一条纸带．(1)在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条．经测量、计算，得到如下数据：①第一个点到第N 个点的距离为40.0 cm.②打下第N 点时小车的速度大小为1.00 m/s.该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力，拉力对小车做的功为________ J ，小车动能的增量为________ J. (2)此次实验探究结果，他没能得到“恒力对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差很大，显然，在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素．请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下，造成较大误差的主要原因有： _________________________________ ________________. (至少写出两条原因)解析 (1)拉力F ＝mg ＝0.050×9.8 N ＝0.49 N ， 拉力对小车做的功：W ＝Fs ＝0.49×0.400 J ＝0.196 J ， 小车动能的增量：ΔE k ＝12m v 2＝12×0.200×1.002 J ＝0.100 J.(2)误差很大的可能原因：①小车质量不满足远大于钩码质量；②没有平衡摩擦力；③先放小车后开电源，使打第一个点时，小车已有了一定的初速度．答案 (1)②0.196 0.100 (2)①小车质量没有远大于钩码质量；②没有平衡摩擦力；③操作错误：先放小车后开电源(任选其二)2．如图14甲所示，是某同学验证动能定理的实验装置． 其步骤如下：图14a ．易拉罐内盛上适量细沙，用轻绳通过滑轮连接在小车上，小车连接纸带．合理调整木板倾角，让小车沿木板匀速下滑．b ．取下轻绳和易拉罐，测出易拉罐和细沙的质量m 及小车质量M .c ．取下细绳和易拉罐后，换一条纸带，让小车由静止释放，打出的纸带如图14乙(中间部分未画出)，O 为打下的第一点．已知打点计时器的打点频率为f ，重力加速度为g .(1)步骤c 中小车所受的合外力为________________．(2)为验证从O →C 过程中小车合外力做功与小车动能变化的关系，测出BD 间的距离为s 0，OC 间距离为s 1，则C 点的速度为________．需要验证的关系式为______________________________(用所测物理量的符号表示)． 答案 (1)m g (2)s 0f 2 mgs 1＝Ms 02f 283．如图15甲所示，是某同学验证动能定理的实验装置． 其步骤如下：图15a ．易拉罐内盛上适量细沙，用轻绳通过滑轮连接在小车上，小车连接纸带．合理调整木板倾角，让小车沿木板匀速下滑．b ．取下轻绳和易拉罐，测出易拉罐和细沙的质量m 及小车质量M .c ．取下细绳和易拉罐后，换一条纸带，让小车由静止释放，打出的纸带如图15乙(中间部分未画出)，O 为打下的第一点．已知打点计时器的打点频率为f ，重力加速度为g .(1)步骤c 中小车所受的合外力为________________．(2)为验证从O →C 过程中小车合外力做功与小车动能变化的关系，测出BD 间的距离为s 0，OC 间距离为s 1，则C 点的速度为________．需要验证的关系式为____________________________________(用所测物理量的符号表示)． 答案 (1)m g (2)s 0f 2 mgs 1＝Ms 02f 284.某同学用如图16所示的实验装置探究小车动能变化与合力对它所做功的关系．图中A 为小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B 的限位孔，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮足够长的木板上，C 为弹簧测力计，不计绳与滑轮的摩擦．实验时，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点．图16该同学在一条比较理想的纸带上，从点迹清楚的某点开始记为0点，顺次选取5个点，分别测量这5个点到0之间的距离，并计算出它们与0点之间的速度平方差Δv2(Δv2＝v2－v02)，填入下表：点迹s/cmΔv2/(m2·s－2)0——1 1.600.042 3.600.093 6.000.1547.000.1859.200.23(1)请以Δv2Δv2－s图象．若测出小车质量为0.2 kg，结合图象可求得小车所受合力的大小为________N.图17(2)若该同学通过计算发现小车所受合力小于弹簧测力计读数，明显超出实验误差的正常范围．你认为主要原因是_________________________________________________________，实验操作中改进的措施是____________________________________．解析(1)由v2－v02＝2as可知Δv2＝2a·s在Δv2－s图象中，斜率k＝2a＝2.5，由F＝ma，得F＝0.25 N.答案(1)图象如图所示0.25(2)小车滑行时所受摩擦阻力较大将木板左侧垫高，使木板倾斜一定的角度以平衡摩擦力5．某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”．如图18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50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车上通过A、B时的速度大小，小车中可以放置砝码．图18(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，________，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在小车中增加砝码或减少砝码，重复②的操作．(2)下列表格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，|v22－v12|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ΔE，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ΔE3＝________，W3＝________.(结果保留三位有效数字)数据记录表次数M/kg|v22－v12|/(m2·s－2)ΔE/J F/N W/J10.5000.760.1900.4000.20020.500 1.650.4130.8400.42030.500 2.40ΔE3 1.220W34 1.000 2.40 1.200 2.420 1.2105 1.000 2.84 1.420 2.860 1.430(3)根据表格，请在图中的方格纸上作出ΔE－W图线．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大小得出不同的数据；(2)通过拉力传感器的示数和A、B间距用W＝FL可计算拉力做的功；(3)利用图象法处理数据，由动能定理W＝12M v22－12M v12，可知W与ΔE成正比，作图可用描点法，图线如图所示．答案(1)①小车②释放小车(2)0.600 J 0.610 J (3)见解析图。
实验五探究恒力做功与动能改变的关系
.
解析 (1)做出s—v2图线如下图所示.
(2)由图可以看出,滑块滑行的最大距离s与滑块初 速度平方v2成正方.即:s∝v2. 答案 (1)见解析图 (2)s=1.84v2
5.某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关 系”,设计了如下实验,他的操作步骤是: ①摆好实验装置如图9所示.
图9 ②将质量为200 g的小车拉到打点计时器附近,并 按住小车.
(3)由动能定理可得
mgL
1 2
mv2
2
1 2
Mv12
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(将木板左端适当垫高)
(3)
mgL
1 2
mv2 2
1 2
Mv12
点评 探究动能定理的实验方法较多,在解决此类
问题之前,首先要弄清本实验所涉及的实验原理和
方法,然后再依据相应规律求解.
(填测量工具)和
电源(填
“交流”或“直流”).
(2)实验中小车会受到阻力,可以使木板适当倾斜
来平衡摩擦力,需要在
(填“左”或“右”)
侧垫高木板.
(3)若粗糙的木板水平,小车在橡皮筋的作用下,当
小车速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所
在的位置可能是( )
A.橡皮筋处于原长状态
B.橡皮筋仍处于伸长状态
3.在“探究功与速度变化的关系”的实验中,某同
学是用下面的方法和器材进行实验的:放在长木
板上的小车由静止开始在几条完全相同的橡皮
筋的作用下沿木板运动,小车拉动固定在它上面
的纸带,纸带穿过打点计时器.关于这一实验,下
列说法中不正确的是
()
实验：探究恒力做功与物体动能变化的关系
探究恒力做功与物体动能变化的关系
【实验目的】
（1）实验探究恒力做功与物体动能变化的关系，领会科学探究的过程和探究的主要方法，初步认识动能定理。
（2）培养学生用物理规律去分析解释实际生活中的现象问题的习惯，让学生感受探究过程中避繁就简的方法选择。
（3）在探究过程中大胆发表自己对问题的看法，并与他人相互交流讨论。
培养学生的合作精神和实事求是、严谨认真的科学态度。
【实验原理】
利用打点计时器打出的纸带，测量距离计算出做功；在利用位移
计算出瞬时速度并计算该点的动能，然后与做功的大小进行比较。
【实验器材】
带有定滑轮的长木板，细线，小车，打点计时器，纸带，复写纸，学生电源，多50g个钩码，直尺
【实验步骤】
1.用天平测量小车的质量并记录。
2.用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的砝码相连。
改变木板的倾角，给小车以一定初速度使其无牵引下滑，通过纸带半段小车的运动，知道某一合适的倾角是小车刚好做匀速运动。
3.在细绳另一端挂上钩吗，使小车质量远大于钩码的质量，小车在细线的拉力下作匀加速运动。
数据处理：
【注意事项】
1.测定速度时，距离取长一些
2.尽量减少纸带和打点计时器的摩擦
3.小车的质量应该远大于砝码的质量。
4.调整木板的倾角平衡摩擦力使小车刚好做匀速运动，通过打出的
纸带上的点的间距相等来判断。
【实验结论】在误差允许的范围内，可以认为外力对物体所做的功等于物体动能的变化。
即：W=E k2-E k1
【交流与反思】打点计时器的操作不太流畅，引起的误差较大。
实验五 探究恒力做功与动能改变的关系共37页文档
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
实验五 探究恒力做功与动能改变的关系 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
Hale Waihona Puke
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2021版第2章实验：探究恒力做功与动能改变的
关系
喙磁基础一白主学习〔教材整理基础初探）
一、实验目的
探究恒力做功与动能改变的关系.
二、实验原理
在钩码的拉动下，小车的速度发生了变化，也就是小车的动能发生了变化.钩码对小车的拉力对小车做了功，只要能求出小车动能的变化量、小车运动的位移以及钩码对小车的拉力（近似等于钩码的重力），就可以研究W=Fs与A£k之间的关系.
三、实验器材
长木板（一端附有滑轮）、打点计时器、钩码若干、小车、纸带、复写纸片、刻度尺、细线. （实验装置如图1所示）
打点计严器少车细线滑轮
纸----- 二------ k
长木板水平实验台?
钩码
1.将打点计时器固定在长木板上，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.改变木板倾角，使小车重力沿斜木板方向的分力平衡小车及纸带受到的摩擦力，使小车做匀速直线运动.
3.用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的钩码相连.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.
4.更换纸带，重复实验.选择一条点迹清晰的纸带进行数据分析.
二、数据处理
1.应用纸带求解速度：小车在细线的拉力作用下，做匀加速直线运动.初
速度和末速度可通过处理纸带求得.依据匀变速直线运动特点计算某点的瞬时
速度:
2.计算恒力所做的功：在纸带上记下第一点0的位置，再在纸带上任意点开始选取巾个点1、2、3、4…并量出各点到位置0的距离，即为小车运动的位移s,由此可计算拉力所做的功W\=mgs\, W2=mgS2…
3・确定物体动能的改变量：A£222
三、注意事项
1.实验中不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们研究拉力做功与物体动能变化的关系，应该设法消除摩擦力的影响，可采取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.
2.尽量减小小车的加速度.因为钩码拉着小车加速运动时，钩码处于失重状态，小车受到的拉力小于钩码的重力.为减小这一系统误差，应使小车的加速度尽量小，也就是实验中必须满足钩码的质量远小于小车的质量.
3.由于本实验要求小车由静止开始运动，所以应正确选取O点位置，选取第一个点迹清晰的纸带，其他点的位置尽量离0点远些.
四、误差分析
本实验的误差主要来源于拉力略小于钩码的重力、不能完全平衡摩擦力、起始点O的速度不为零和测量误差等方面.
实验探究1实验原理和实验步骤
》例u 某学习小组的同学想要验证“动能定理”，他们在实验室组装了一
套装置如图2所示，另外还有交流电源、导线、复写纸、细沙以及天平都没画 出来.当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑 块处于静止状态.如果要完成该项实验，则:
打点计时器小车细线
/ \ 二 氏木板水平实验台典例一精析导悟
滑轮
O
小沙桶
(1)还需要的实验器材是()
A.秒表
C.弹簧测力计B.刻度尺
D.重锤
(2)进行实验操作时，首先要做的步骤是
(3)在(2)的基础上，某同学用天平称出滑块的质量M•往沙桶中装入适量的细沙，并称
出此时沙和沙桶的总质量力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m应满足的实验条件是 ______________________ ・实验时释放滑块让沙桶带着滑块加速运动，用打点计时器(打相邻两个点的时间间隔为7)记录其运动情况的纸带如图3所示，纸带上开始的一些点较模糊未画出，其他的每两点间还有4个点也未画出，现测得O到E点间的长为厶。
到F点间的长为s,则E点速度大小为 __________________________ ・若取O点的速度为E点速度为
巾那么本实验最终要验证的数学表达式为 ________ ・
图3
【解析】(1)要完成该实验需要测定合外力做的功0及滑块的初、末动能Em Ek2,因此需要测定滑块的运动位移，给出的儿种器材中需要刻度尺，选项B正确.
(2)为了便于操作，应使细线对滑块的拉力就是滑块受到的合外力，因此，
应该首先平衡滑块受到的摩擦力.
(3)滑块与沙桶和沙子组成的系统加速运动，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，就要求沙子和沙桶的合外力近似为零，因此，需要满足加《M；打下D、F两点的时间间隔为/-2X5T=10r,点E是中间时刻打的点，因此v = ]0厂；。
点的动能为Eg —, E点的动能为孑, 该过程合外力做的功为“厶为了验证动能定理，需要验证mgL=^Mvl~^ Mvf成立.
【答案】(1)B (2)平衡摩擦力
2 2
(3)加《M
实验探究2数据处理和误差分析某同学为探究“合力做功与物体速度变化的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：
①按图4摆好实验装置，其中小车质量M=0・20 kg,钩码总质量m = 0.05 kg.
②释放小车，然后接通打点计时器的电源（电源频率为/=50 Hz）,打出一条纸带.
实验岐打点计时器r////////////x///x \
纸带
⑴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5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0=0.004 m, 6/2=0.055 m, 必=0.167 m,必=0.256 m, J5=0.360m,必=0.480 m…,他把钩码重力（当地重力加速度g取9.8
m/s?）作为小车所受合力算出打下0点到打下第5点合力做功W = J（结果保留三位有效数字），打下第5点吋小车的速度v5 =
_____ m/s（结果保留三位有效数字）.
~2 3 4 5 6\
• •••••
(2)此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功必的结论, 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牛此误差的重要原因
【解析】（1）根据题意物体所受合外力为：
F=加g=0.05 X9.8N=0.49 N,
根据功的定义可知：W=F〃5=0・176J；
根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，可以求出第5个点的速度大小为：
〃6 必0.480-0.256
乃一2T -"2X(5X0.02) ni/s_L12m/^
(2)设绳子上拉力为F,根据牛顿第二定律有: 对小车：F=Ma①
对钩码：mg—F=ma②
联立①②可得F=Z雪=-豐,由此可知当M>m时，钩码的重力等于绳
M十刃 [.m
1+厉
子的拉力，因此当钩码质量太大时，会造成较大误差，故A正确；实验中要进行平衡摩擦力操作，若没有平衡摩擦力直接将钩码重力做的功当做小车合外力做的功，会造成较大误差，故B正确；释放小车和接通电源的顺序有误，影响打点多少，不一定会使动能的测量值偏小，故C错误；距离的测量产生的误差不是该实验产生的主要误差，故D错误.
【答案】(1)0.176 1.12 (2)AB。