实验-探究动能定理
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实验:探究动能定理
实验目的
1.通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系.
2.通过实验数据分析,总结出做功与物体速度平方的正比关系.
实验原理
1.不是直接测量对小车做功,而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W、2W、3W、…. 2.由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出,也可以用其他方法测出.这样,进行若干次测量,就得到若干组功和速度的数据.
3.以橡皮筋对小车做的功为纵坐标,小车获得的速度为横坐标,作出W-v曲线,分析这条曲线,可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系.
实验器材
小车(前面带小钩)、100 g~200 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)、5~6条等长的橡皮筋、刻度尺.
一、实验步骤
1.按图所示将实验仪器安装好.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.
二、实验分析
1.数据采集
(1)求小车的速度:利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离x,则v =x
T(其中T为打点周期).
如图所示中测出AB两点间距离.
(2)数据记录:把计算出的速度填入上表中并算出v2值.
(3)数据处理:在坐标纸上画出W-v和W-v2图线
三、误差分析
1.误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一,使橡皮筋的拉力做功W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.利用打上点的纸带计算小车的速度时,测量不准带来误差.
四、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,由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动,找到木板一个合适的倾角.2.测小车速度时,纸带上的点应选均匀部分的,也就是选小车做匀速运动的部分.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.
4.小车质量应大一些,使纸带上打的点多一些.
动能定理
1、如图,一半径为R,粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置,直径POQ水平,一质量为m的质点自P点上方高度R处由静止开始下落,恰好从P点进入轨道,质点滑到轨道最低点N时,对轨道的压力为4mg,g为重力加速度的大小,用W表示质点从P点运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功,则(C)
A.W=mgR,质点恰好可以到达Q点
B.W>mgR,质点不能到达Q点
C.W=mgR,质点到达Q点后,继续上升一段距离
D.W<mgR,质点到达Q点后,继续上升一段距离
2、如图,AB是倾角为θ的粗糙直轨道,BCD是光滑的圆弧轨道,AB恰好在B点与圆弧相切,
圆弧的半径为R。一个质量为m的物体(可以看作质点)从直轨道上的P点由静止释放,结果它能在两轨道间做往返运动。已知P点与圆弧的圆心o等高,
物体与轨道AB间的动摩擦因数为μ。求(1)物体做往返运动
的整个过程中在AB轨道上通过的总路程
(2)最终当物体通过圆弧轨道最低点E时,对圆弧轨道的压力
解析:(1)由动能定理得:-umgcosθL=0-mgRcosθ L=R/u
(2)mgR(1-COSθ)=mv2/2
f-mg=mv2/R
f=f’=mg(3-2cosθ) 方向竖直向下