实验五 探究动能定理

实验五探究动能定理

一、基本原理与操作

原理装置图操作要领

(1)平衡：垫高木板的一端，平衡摩擦力

(2)做功

①用一条橡皮筋拉小车——做功W

②用两条橡皮筋拉小车——做功2W

③用三条橡皮筋拉小车——做功3W

(3)小车：靠近打点计时器且接通电源再释放

小车；每次小车须由同一位置由静止弹出

(4)测速：测出每次做功后小车获得的速度

1.利用纸带确定小车的末速度

(1)橡皮筋恢复原长时小车已匀速，故应利用纸带上间距相等的部分计算小车速度。

(2)利用v＝x

t计算小车的速度，为减小测量误差，所选的范围应尽量长些。

2.绘制图象

分别用各次实验的v和W绘出W－v，W－v2，W－v3等关系图象，直到作出的图象是一条倾斜的直线。

注意事项

(1)选点测速：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状态的点。

(2)橡皮筋的选择：橡皮筋规格相同。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。

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。

教材原型实验

命题角度实验原理与基本操作

【例1】某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化的关系”的实验，图1中小车是在1条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时橡皮筋对小车做的功记为W。当用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。

图1

(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、__________(填测量工具)和__________(选填“交流”或“直流”)电源。

(2)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力，则下面操作正确的是()

A.放开小车，能够自由下滑即可

B.放开小车，能够匀速下滑即可

C.放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可

D.放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可

(3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，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，下列说法正确的是()

A.橡皮筋处于原长状态

B.橡皮筋仍处于伸长状态

C.小车在两个铁钉的连线处

D.小车已过两个铁钉的连线

(4)在正确操作情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用图2中纸带的________部分进行测量。

图2

解析(1)为测量小车获得的速度，必须用刻度尺来测量纸带上点和点之间的距离；打点计时器必须使用交流电源。

(2)平衡摩擦力时，也要平衡纸带与限位孔之间的摩擦力。根据平衡状态的特点，小车做匀速运动时即平衡了摩擦力。

(3)若木板水平放置，则未平衡摩擦力。小车速度最大时，也就是加速度为零的时刻，即橡皮筋对小车的拉力等于小车受到的摩擦力的时刻，此时橡皮筋处于伸长状态，小车还未到两个铁钉的连线处，B正确。

(4)应该选用纸带上小车做匀速运动的部分进行测量，此时小车的速度最大，即GK部分。

答案(1)刻度尺交流(2)D(3)B(4)GK

拓展训练1 某实验小组用如图3所示的实验装置和实验器材做“探究做功与物体速度变化的关系”实验。在实验中，该小组同学把沙和沙桶的总重力当做小车受到的合外力。

图3

(1)为了保证实验结果的误差尽量小，在实验操作中，下面的做法必要的是________(填选项前的字母)。

A.实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作

B.实验操作时要先释放小车，后接通电源

C.在利用纸带进行数据处理时，所选的两个研究点离得越近越好

D.在实验过程中要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量

(2)除实验装置中的仪器外，还需要的测量仪器有________________________。

(3)图4为实验中打出的一条纸带，现选取纸带中的A、B两点来探究功与速度变化的关系。已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g。图中已经标明了要测量的物理量，另外，小车的质量为M，沙和沙桶的总质量为m。请你把要探究的结果用题中给出的字母表达出来：____________________________________ ____________________________________________________________________。

图4

解析(1)实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作，以保证小车所受合外力恰好是细线的拉力，故A正确；实验操作时，若先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，故B 错误；在利用纸带进行数据处理时，所选的两个研究点离得越近则测量误差越大，故C错误；在实验过程中要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量，这样才能使得沙和沙桶的总重力近似等于细线对小车的拉力，故D正确。

(2)本题的实验原理是验证沙桶和沙的总重力做的功等于小车动能的增加量，所以要测沙和沙桶的总质量、小车的质量，还要测纸带上各点的距离来求速度，所以所需的器材还应有天平和刻度尺。

(3)打A点时速度为v1＝x1

4T ，打B点时速度为v2＝x2

4T

，所以动能变化量ΔE k＝1

2M v

2

2

－1

2M v 2

1＝

M（x22－x21）

32T2

，而沙和沙桶的总重力做的功为W G＝mgx，要探究的功

与速度变化的关系为mgx＝M（x22－x21）

32T2

。

答案(1)AD(2)刻度尺、天平(3)mgx＝M（x22－x21）

32T2

命题角度数据处理及误差分析