第三节 第1课时 实验：探究动能定理

探讨与交流
你能否想到其他的实验方法？
【提示】 ——只要设计出一种简单的直线运动，即可推出同样的 结论。
参考实验视频
四
理论分析与论证
质量为m 的物体，在一恒定拉力F的作用下，以速度 v1开始沿水平面运动，经位移s后速度增加到v2，已知物体 与水平面之间的摩擦力恒为f，试求出外力做功与物体动
能变化的关系。
F f ma 1 1 2 2 ( F f ) s m v mv 2 2 2 2 2 1 v2 v1 2as
即：W外=Ek2－Ek1=△EK
1. 本节是一个探究性实验，探究的目的是（ D ） A. 探究力与物体运动速度的关系 B. 探究力与物体运动加速度的关系
A.1:3
B.3:1
C.1:9
D.9:1
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安装好实验装置如图5所示．
图5
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． ④释放小车，打开电磁打点计时器的电源，打出一条纸带．
车做的功W＝F×l＝0.49×0.400 J＝0.196 J
1 小车动能的增量ΔEk＝ 2
mv2＝
＝0.100 J
1 2
×0.200×1.002 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，使钩码的重力与小车受到的绳的拉力差别较大；②没 有平衡摩擦力；③先放小车后开电源，使打第一个点时，
不轻易献出成功的皇冠乃是困难的天性。
观察：火箭发射，合力与运动方向相同，动能增大。
汽车制动，合力与运动方向相反，动能减少。
归纳结论：
合外力对物体做正功，物体动能 增加 。 减少 。
合外力对物体做负功，物体动能
那么， 合外力对物体所做的功与物体在这一过程中动能的
变化的定量关系是怎样的呢？
一
1.实验目的
实验与探究
探究合外力做功与物体动能变化的定量关系。 2.实验器材
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 因是_______________________________________
解析：(1)拉力F＝mg＝0.050×9.8 N＝0.49 N，拉力对小
hAB
vB
4 5
h 05 h 03 vB 2T
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1 2 E K1 = mv A 2 1 2 E K2 = mv B 2
1 1 2 2 E k mv B mv A 2 2
重力做功: WG =mgΔ h 动能的变化:
1 1 2 2 E k E k 2 E k1 mv 2 mv1 2 2
(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，算出：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，
讨论与交流
如何求出物体的瞬时速度？
s 瞬时速度的计算：v 4t
原理： 在匀变速运动中，某段时间内
s
v
h
的平均速度等于该段时间内中
间时刻的瞬时速度。
5.实验步骤及注意事项： （1）把电火花打点计时器安装在铁架台上(竖直架稳)， 连接好电源；
（2）把纸带一端固定在重锤上，另一端穿过打点计时器
的限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器 附近(使纸带能顺利通过限位孔); （3）接通电源，松开纸带，让重锤自由下落；
A．如果物体做加速运动，则拉力F一定对物体做正功
B．如果物体做减速运动，则拉力F一定对物体做正功 C．如果物体做减速运动，则拉力F可能对物体做正功 D．如果物体做匀速运动，则拉力F一定对物体做正功
4.（2012·厦门高一检测）两物体质量之比为1:3，它们距 离地面高度之比也为1:3，让它们自由下落，它们落地时的 动能之比为( C )
小车已有一定的初速度．
答案：(1)0.196 电源 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：先放小车后接通
6.（2012·济南高一检测）某兴趣小组在做“探究做功和
物体速度变化关系”的实验前，提出了以下几种猜想：①
W∝v, ②W∝v2, ③ W v 。他们的实验装置如图甲所示， PQ为一块倾斜放置的木板，在Q处固定一个速度传感器（用
图乙所示的L- v图象。若为了更直观地看出L和v的变化
关系，他们下一步应怎么做？ L
0
图乙
v
解析： ①因为对物体做的功W与物体初始位置到测速器的
距离L成正比。
②下一步应该绘制L- v 2图象
1.实验目的
探究合外力做功与物体动能变化的定量关系。 2.实验结论 在实验误差范围内，外力做的功等于物体动能的改变。
（4）重复3次，挑选点迹清晰的纸带;
从起始点开始依次标上0、1、2、3„„ 并以此测出各点到0点的距离: h01、h02、 h03、h04、h05„„
0 1 2 3 4
5
二
数据处理
选择下落过程中的A、B两点，计算出两点的高度差hAB和A、 B两点的瞬时速度vA、vB，
vA
0 1 2
3
h 03 h 01 vA 2T
3.实验装置
4.实验方案：
根据物体自由下落的过程中，重力对物体做功,物体
动能增加,让重锤带着纸带下落,利用打点计时器记录它
的运动情况。分析纸带上点迹的分布，测量出各点的距
离，计算出纸带上某两点的瞬时速度及对应的动能。 比较重力做功WG和动能变化Δ EK 的关系，判断和确定外 力做功和动能变化之间的定量关系。
第三节
探究外力做功与物体动能 变化的关系
实验：探究动能定理
第1课时
1.熟练处理打点计时器得到的纸带。 2.能够通过实验数据和实验现象探究出本节实验目的。
做功过程的实质是能量转化。 重力势能的变化是由重力做功引起的； 弹性势能的变化是由弹力做功引起的。
⑴物体动能的变化是由什么力做功引起的？
⑵物体动能的变化在数值上是否也等于某个力做的功？
C. 探究力对物体做的功与物体加速度变化的关系
D. 探究力对物体做的功与物体速度变化的关系
2.根据实验结论，下面关于运动物体所受合外力做功和物
体动能变化的关系正确的是（ A ）
A．如果物体所受合外力为零，则合外力对物体做的功一 定为零 B．如果合外力对物体所做的功为零，则合外力一定为零 C．如果物体在合外力作用下做变速运动，则物体动能一 定发生变化 D．如果物体的动能不变，则物体所受合外力一定为零
来测量物体每次通过Q点的速度）。在刚开始实验时，有位
同学提出，不需要测出物体质量，只要测出物体初始位置 到速度传感器的距离和 读出速度传感器的读数就行 了，大家经过讨论采纳了该 P 速度传感器 Q
同学的建议。
图甲
①请你简要说明为什么不需要测出物体的质量？ ②让小球分别从不同高度无初速释放，测出物体初始位 置到速度传感器的距离L1、L2、L3、L4„„，读出小球 每次通过Q点的速度v1、v2、v3、v4、„„，并绘制了如
比较WG 与Δ EK 的大小。
数据记录
选择两 点速度 1
选择两 点动能
选择两 点距离
重力 做功
动能 变化
2
3
三
1.实验结论
实验结论与分析
在实验误差范围内，外力做的功等于物体动能的改变。 即 WF WG mgh 1 mv2 2 1 mv12 E K。
2 2
2.实验误差分析 造成本实验误差的主要原因——摩擦力
【解析】选A.如果合外力做的功为零，但合外力不一定为 零。可能物体的合外力和运动方向垂直而不做功，B选项 错。物体做变速运动可能是速度方向变化而速度大小不变。
所以，做变速运动的物体，动能可能不变，C选项错。物
体动能不变，只能说明合外力不做功，但合外力不一定为 零，D选项错。
【答案】A
3.质量为m的物体，受到水平拉力F作用，在粗糙水平面 上运动，下列说法正确的是（ ACD ）