第三节 第1课时 实验：探究动能定理
动能定理课程设计
动能定理课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解动能定理的概念，掌握动能定理的公式及其应用条件。
2. 学生能够运用动能定理解决一些简单的物理问题，如计算物体的动能变化和功的关系。
3. 学生了解动能与其他形式能量的转化，如势能与动能的转换。
技能目标：1. 学生能够通过观察和实验，运用动能定理分析和解释物理现象。
2. 学生掌握运用动能定理进行问题求解的方法，培养解决问题的能力和逻辑思维能力。
3. 学生能够运用数学工具，如代数运算和图形表示，来处理动能定理相关问题。
情感态度价值观目标：1. 学生对物理学产生兴趣，认识到动能定理在现实生活中的应用，培养探究精神。
2. 学生通过学习动能定理，理解到能量守恒的重要性，培养节能环保意识。
3. 学生在合作学习中培养团队精神和交流能力，尊重他人观点，学会共同进步。
课程性质：本课程为物理学科的基础课程，旨在帮助学生掌握动能定理的基本概念和应用。
学生特点：学生处于高中一年级，已具备一定的物理基础和数学运算能力，对物理现象充满好奇心。
教学要求：结合学生特点，通过实例演示、实验操作和问题讨论等方式，引导学生主动探索和掌握动能定理。
在教学过程中，注重培养学生的动手能力、思考能力和解决问题的能力，同时关注学生的情感态度价值观的培养。
通过分解课程目标为具体的学习成果，为后续教学设计和评估提供明确依据。
二、教学内容1. 动能定理的基本概念：介绍动能的定义，引导学生理解物体运动状态与动能的关系。
- 教材章节：第一章第四节“动能与功”2. 动能定理的公式及其应用条件：讲解动能定理的数学表达式，分析其适用范围。
- 教材章节：第一章第四节“动能与功”3. 动能与其他形式能量的转化：通过实例分析动能与势能之间的转化关系。
- 教材章节：第一章第五节“能量守恒定律”4. 动能定理的应用：运用动能定理解决实际问题，如物体在斜面上下滑动的动能变化。
- 教材章节：第二章第一节“牛顿运动定律的应用”5. 实验与观察：设计实验，让学生通过实际操作验证动能定理。
第三节 探究外力做功与动能变化的关系
【例题】
【例题】从高为h处水平抛出一个质量为m 的小球，落地点与抛出点水平距离为s，求
抛球时人对小球做的功。
【答案 】
ms2 g W
4h
小结：
1、动能定理内容：合外力对物体所做的功 等于物体动能的变化。
2、表达式：
W合
1 2
mv22
1 2
mv12
注：动能定理不仅适用恒力做功和直线运动， 同时也适用变力做功和曲线运动
1、本实验中系统误差的主要来源是什么？ 摩擦力 2、为什么重力做的功总是略大于重锤动能的增量？
【实验思考】 你是否可以设计出其他实验方法？
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，试导出外力做功 与物体动能变化的关系。
D、物体的动能不变，所受的合外力必定为零
【例题】质量为m的物体在水平恒力的作用下，由静 止开始前进s1后撤去力F，物体与水平面间的摩擦力恒 为f，求物体从开始运动到最终停止共发生了多大的位
移？
【解法一】牛顿第二定律+运动学公式
【解法二】分段应用动能定理 【解法三】整体应用动能定理
【答案】
s Fs1 f
4.实验步骤：
(1):把打点计时器竖直安装在铁 架台上。
(2):把纸带的一端固定在重锤上， 另一端穿过打点计时器的限 位孔，用手竖直提起纸带使 重锤停靠在计时器附近。
(3):接通电源，松开纸带，让重 锤自由下落。
(4):重复多次，挑选点清晰的纸 带;
纸带 打点计时器
接交流 电源
夹子 重物
5、数据处理：
❖谢谢！
5、数据处理：
(完整版)验证动能定理实验
验证动能定理实验1、实验原理：沙桶和沙子的重力视为小车受到的合外力；合外力对小车做的功：mgS 车小车动能的改变量： 验证合外力做的功是不是等于小车动能的改变量2.、需要测量的物理量：沙和沙桶的质量；车的质量；算车的速度和位移;3、要注意的问题：怎么平衡摩擦力？有两个不一样的质量在里面，所以不能抵消掉.怎么去处理纸带上面的点。
4、实验示意图如图：例题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、细沙．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．（1）你认为还需要的实验器材有____________．（2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质 量应满足的实验条件是__________________________，实验时首先要做的步骤是 ________________．（3)在（2)的基础上，某同学用天平称量滑块的质量为M 。
往沙桶中装入适量的细沙，用 天平称出此时沙和沙桶的总质量为m .让沙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v 1与v 2（v 1＜v 2）．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）2122Mv 21Mv 21例2．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所示．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．（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。
探究动能定律的实验
探究动能定律的实验实验方法一： 用验证牛顿第二定律的实验装置来探究动能定理1.实验目的：探究外力做功与物体动能变化的定量关系2.实验原理：（1）实验装置如图所示，在砝码和砝码盘的质量远小于小车质量时，可认为细绳的拉力就是砝码及砝码盘的重力（F 绳=G 砝码及砝码盘）。
（2）平衡长木板的摩擦力。
（3）在砝码盘中加放砝码并释放砝码盘，木块将在砝码盘对它的拉力作用下做匀加速运动．在纸带记录的物体运动的匀加速阶段，适当间隔地取两个点A 、B.只要取计算一小段位移的平均速度即可确定A 、B 两点各自的速度v A 、v B ，在这段过程中物体运动的距离s 可通过运动纸带测出，我们可即算出合外力做的功W 合=F 绳S AB （F 绳=G 砝码及砝码盘）。
另一方面，此过程中物体动能的变化量为 ，通过比较W 和ΔEk 的值，就可以找出两者之间的关系。
3. 实验器材：长木板(一端带滑轮)、刻度尺、打点计时器、纸带、导线、电源、小车、细线、砝码盘、砝码、天平． 4.实验步骤及数据处理(1)用天平测出木块的质量M ，及砝码、砝码盘的总质量m 。
把器材按图装置好．纸带一段固定在小车上，另一端穿过打点计时器的限位孔；(2)把木块靠近打点计时器，用手按住．先接通打点计时器电源，再释放木块，让它做加速运动．当小车到达定滑轮处(或静止)时，断开电源；（3）取下纸带，重复实验，得到多条纸带；(4)选取其中点迹清晰的纸带进行数据处理，先在纸带标明计数点，然后取间隔适当的两点A 、B 。
利用刻度尺测量得出A ，B 两点间的距离S AB ；再利用平均速度公式求A 、B 两点的速度v A 、v B ；(4)通过实验数据，分别求出W 合与ΔE kAB ，通过比较W 和ΔEk 的值，就可以找出两者之间的关系。
5.误差分析1．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。
2．利用打点的纸带测量位移，和计算木块的速度时，不准确也会带来误差。
【高中物理】高中物理实验：验证动能定理
【高中物理】高中物理实验：验证动能定理实验仪器：电磁打点计时器(J0203型)、学生电源、长方形木块(约10×7×4厘米3)、纸带、天平(学生天平或托盘天平)、带定滑轮的木板(长约1米)、细线、砝码盘、砝码实验目的：验证在外力作用下物体做加速运动或减速运动时，动能的增量等于合外力所做的功。
实验原理：物体在恒力作用下做直线运动时，动能定理可表述为F合s= mv22- mv12。
只要实验测得F合s 和 m(v22-v12)在实验误差范围内相等，则动能定理被验证。
F合可以由F合=ma求得。
教师操作：(1)用天平测出木块的质量。
把器材按图装置好。
纸带固定在木块中间的方孔内。
(2)把木块放在打点计时器附近，用手按住。
往砝码盘中加砝码。
接通打点计时器电源，让它工作。
放开木块，让它做加速运动。
当木块运动到木板长的左右时，用手托住砝码盘，让木块在阻力作用下做减速运动。
当木块到达定滑轮处(或静止)时，断开电源。
(3)取下纸带，在纸带上反映物体加速运动和减速运动的两部分点迹中较理想的一段，分别各取两点(其间点迹数不少于9点)。
量出SA、SB、SC、SD和SAB、SCD。
由SA、SB、SC、SD及相应的时间间隔(图中为0.08秒)。
算出VA、VB、VC、VD，利用VA、VB和A、B间的时间间隔求出A、B间木块运动的加速度aAB;同法求出aCD。
则木块质量m与aAB、aCD的乘积分别表示在AB段和CD段木块受的合力。
(4)根据实验结果填好下表，看F合S与ΔEk是否相等。
加速阶段减速阶段计数点附近的位移(m)SA= SB=SC= SD=各计数点处的速度(m/s)VA= VB=VC= VD=运动的加速度(m/s2)aAB=aCD=木块受的合力ma(N)FAB=FBC=计数点间的位移(m)合外力的功(J)木块的动能增量(J)(5)重新取计数点，重复步骤(3)和(4)，再验证一次。
为大家整理的高中物理实验：验证动能定理就到这里，同学们一定要认真阅读，希望对大家的学习和生活有所帮助。
实验探究动能定理(“小车”相关文档)共8张
四、实验步骤
1.按上图将实验仪器安装好。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的功为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一样，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。
(2)利用测得的木块质量m、交流电源的周期T、纸带上标示的位移xA、xB、xAB。
①请他写出木块在加速阶段所受合外力的表达式：_______________； ②请写出验证动能定理的方法：______________________________。
假设(3不)是在直上线，述可思实索验能否中，假设对该同窗选择的仪器和做法做一些更改，那么可以
(2)实验数据记录
橡皮筋条数 位移x/ m 时间t/s 速度v/(m·s-1) 速度平方v2/(m2·s-2)
(3)实验数据处置及分析：在坐标纸上(如图)画出W-v或W-v2图线(“W〞以一根橡皮筋做的功为单 位)。
(4)实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系W∝v2。
五、本卷须知
1.平衡摩擦力 实验中的小车不可防止地要遭到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们研讨的是橡皮筋 做的功与物体速度的关系，应设法排除摩擦力的影响，可采用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。判别能否已 平衡掉摩擦力的方法是，轻推一下小车，察看小车不受其他力时能在木板上做匀速运动。 2.我们用2条，3条……橡皮筋进展第2次、第3次……实验时，每次实验时橡皮筋伸长的 长度都应坚持一致。
动能定理实验
4．由纸带算出小车获得的速度，把各次实验获得的速度 依次记入对应的表格中.
橡皮筋的条数 1 2 3 4 5 力对小车做的功 W 2W 3W 4W 5W 小车获得的速度
5.观察测得数据进行估计，大致判断两个量可能的关 系，然后以W为纵坐标，以v2(或v、v3)为横坐标作图， 寻找二者的关系．
四、注意事项
(1)可以判断纸带的__右__端__(填“左端”或“右端”)与木块连接.根
据纸带提供的数据计算打点计时器在打下A点和B点时木块的速度
vA=_0_._7_2__m/s,vB=__0_.9__7_m/s.(结果保留两位有效数字) (2)要测量在AB段木板对木块的摩擦力所做的功WAB，还需要的实验 器材是_G______，还应测量的物理量是_B______.(填入所选实验器材
物理量的字母
表示］
【解析】重物落地后，木块做匀减速运动，故纸带的右端与木
块相连.由
vn
xn
xn1 2T
得
6.84 7.48 102
vA
2 0.1
m / s 0.72 m / s
9.4110.06 102/ s.
A.L-v2图象
B.L- v 图象
C.L- 1 图象
D.L- 1 图象
(3)本v实验中，木板与物体间摩擦力v的大小会不会影响探
究出的结果？
(2012·郑州模拟)某实验小组想测量木板对木块的摩擦力所 做的功.装置如图，一木块放在粗糙的水平长木板上，右 侧拴有一细线，跨过固定在木板边缘的滑轮与重物连接， 木块左侧与穿过打点计时器的纸带相连，长木板固定在水 平实验台上.实验时，木块在重物牵引下向右运动，重物 落地后，木块继续向右做匀减速运动，如图给出了重物落 地后打点计时器打出的纸带，纸带上的小黑点是计数点， 每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的 距离如图所示.打点计时器所用交流电频率为50 Hz，不计 纸带与木块间的拉力.
人教版物理2019年春季功与能 实验：探究动能定理
微知识探究动能定理 1．实验目的探究外力对物体做功与物体速度变化的关系。
2．实验原理探究功与物体速度变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体的速度变化，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用图甲所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加。
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v 。
甲3．实验器材小车(前面带小钩)，100～200 g 砝码，长木板(在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，5～6条等长的橡皮筋，刻度尺。
4．实验步骤(1)按如图甲所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力。
(2)先用1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v 1，设此时橡皮筋对小车做的功为W ，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2W ，测出小车获得的速度v 2，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。
(5)分析数据，得出结论。
①测量小车的速度实验获得如图乙所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系，需要测量弹力做功结知识点睛功与能实验：探究动能定理束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量是(用字母表示)：A1、A2间的距离为x，小车速度的表达式是(用测量的物理量表示)v＝xT(T为打点计时器打点的时间间隔)。
乙②实验数据记录③实验数据处理及分析在坐标纸上(图丙)画出W－v或W－v2图象(“W”以一条橡皮筋做的功为单位)。
丙④实验结论从图象可知功与物体速度变化的关系W∝v2。
5．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，由打点计时器打出纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动。
(2)测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是测量小车做匀速运动时的速度。
超精品 10次修改后 第1课时 探究外力做功与物体动能变化的关系
一、动能定理：
一个物体的质量为m，初速度为v1，在与运动方向相同的恒力 F的作用下发生一段位移s，速度增大到v2，已知物体与水平面 的摩擦力恒为f。
由牛顿第二定律和 运动学公式得：
2 2 v v1 2 v2 v12 2as s 2 2a
F f ma
2 v2 v12 1 2 1 2 W ( F f ) s m a W m v2 m v1 2a 2 2
既适用于恒力做功，也适用于变力做功；
既适用于直线运动，也适用于曲线运动。
质量为m的物体，在一水平恒力F的作用下，由静止开始前进S1 后撤去力F，物体与水平面间的摩擦力恒为f， 物体从开始到最终停下来的位移是多少？ 分析与求解： 以物体为研究对象， v
f
状态1
F
S1
f
状态2 S 状态3
Байду номын сангаас
解法一： 从状态1到状态2的过程，根据动能定理：有 1 2 W ( F f ) s1 m v 0 2 1 2 从状态2到状态3的过程，有 W f ( s s1 ) 0 m v 2 Fs1 上式联立解得：
合力对物体做的总功等于物体动能的变化， 这个结论叫做动能定理
一，动能定理 合外力所做的功等于物体动能的变化。
3、对动能定理的理解 (1)合外力做正功，动能增加；合外力做负功，动能减少 (2)动能定理中的功是合外力做的总功 总功的求法 a、先求合力，再求合力做的功 b、先求每个力做的功，再求代数和 (3)适用范围：
1
该题可不可以有其他的方法做？ Fs
f
W Fs1 fs 0
总结运用动能定理解题的思路：
确定研究对象； 分析物体的受力情况，明确各个力是否做功， 做正功还是做负功，进而明确合外力的功。 明确物体在始末状态的动能。 根据动能定理列方程求解。 关键：把握运动过程的初末状态
实验：探究动能定理
对钩码有，m
g－F
＝m
a，联立解得，F
＝M
M ＋m
m
g＝
0.093 N 。
热点三 实验的改进与创新
实验器材及装置 的替换
数据测量的改进 由光电门计算速度 v＝Δdt 测量纸带上各点速度→速度传感器直接显示速度大小
实验四 探究动能定理
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。
注意事项 1.平衡摩擦力：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.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。 3.橡皮筋的选择：橡皮筋规格相同时，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。
W/10－3 J 7.35 8.82 10.29 11.76 13.23 14.70
ΔEk/10－3 J 6.39 7.67 8.95 10.23 11.50 12.78
(W－ΔEk)/10－3 0.96 1.15 1.34 1.53 1.73 1.92 J
①实验结果表明，ΔEk总是小于W。你认为这是
点，造成这种情况的原因可能是没__有__平__衡___摩__擦__力_ 、 平_衡__摩__擦__力__不__够___或__平__衡__摩__擦__力__过___度.(写出一条即可)
热点二 数据处理与分析 【例2】(2017·江苏单科，10)利用如图所示的实验 装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。小车的 质量为M＝200.0 g，钩码的质量为m＝10.0 g，打点 计时器的电源为50 Hz的交流电。
动能定理
那么，合外 力做功与物体动 能的变化有怎样 的定量关系呢？
牵引力 阻力 合外力 动能
加速行驶 的列车 正功 减速行驶 正功 的增加”或 “减少”
负功
负功
正功
负功
增加
减少
理论探究 如图所示，质量为m的物体，在一恒力F
的作用下，以速度v1开始沿水平面运动，经位移x后 速度增加到v2，已知物体与水平面的摩擦力恒为f， 试根据牛顿第二定律和运动学公式导出合外力所做的 功与物体动能变化关系？
f
v1
F x
f
v2
F
问题： 1、合外力对物体所做的功是多大？ 2、物体的加速度是多大？ 3、物体的初速度、末速度和位移之间有什么关系？
实验验证 （1）实验目的： 研究合外力做功和动能变化的关系 （2）实验装置： 探究a与F、m之间的定量关系
关键步骤： 平衡摩擦力 小车总质量 远大于钩码的质量
F
（3）实验原理：
1 2 1 2 待测表达式： W总 mv2 mv1 2 2
问题二：等式右边 如何求动能变化？ 待测量： 小车总质量M；
问题一：等式左边 如何求合外力所做的功？ 待测量： 钩码的重力G；
小车的位移x。
—处理纸带可测出小车 的位移
与小车位移对应的初末速度。
—处理纸带可计算对应的 初末速度
W合＞0
其他能
W合＜0
动能
讨论交流
动能定理为我们计算力所做的功提供了新的方 法。用 W Ek 2 Ek1计算功和用 W Fx cos 计算功 有什么不同？
动能定理适用条件：
既适用于恒力做功、也适用于变力做功； 既适用于直线运动、也适用曲线运动；
例：质量为m的物体从高H的光滑斜面上由静 止滑下，斜面倾角为θ，求小球滑到底端时速 度的大小。
原创1：实验五 探究动能定理
7．实验数据记录 橡皮筋条数 位移 x/m 时间 t/s
速度 v/(m·s－1)
速度平方 v2/(m2·s－2)
8.实验数据处理及分析 在坐标纸上画出W－v和W－v2图线 (“W”以一条橡皮筋做的功为单位)．
9．实验结论：由图象可知外力对物体做功与物体速度 变化的关系为W∝v2.
注意事项 1．平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车 的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 车是否做匀速运动，找到木板的一个合适的倾角． 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状态的． 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．
由打点计时器所打的纸带测出．
(1)(多选)关于该实验，下列说法正确的是( CD)
A．打点计时器可以用直流电源供电，电压为 4～6 V
B．实验中使用的若干条橡皮筋的原长可以不相等 C．每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出
D．利用每次测出的小车最大速度 vm 和橡皮筋做的功 W， 依次作出 W－vm、W－v2m、W－v3m、W2－vm、W3－vm…的 图象，得出合力做功与物体速度变化的关系
【解析】橡皮筋做的功等于橡皮筋所释放的弹性势能，
但无法直接测量，橡皮筋的条数成倍增加，弹性势能
也会成倍增加，即做功成倍增加，但橡皮筋只是在释
放弹性势能的一段时间内才做功，故A、C错，B
对．橡皮筋的弹性势能与形变量的平方成正比，当拉
伸为原来的两倍时，橡皮筋的做功变为原来的4倍，
故D错．
【答案】 B
3．某兴趣小组在做“探究做功和物体速度变化关系”的 实验前，提出以下几种猜想：①W∝v，②W∝v2，③W ∝ v…他们的实验装置如图 (a)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，只要测出物体从初始位置到速度 传感器的距离和读出速度传感器的示数就行了，大家经 过讨论采纳了该同学的建议．
实验五 探究动能定理
电门1速度为v1= d ,滑块通过光电门2速度为v2= d ;根据动能定理需要验证
t1
t2
的关系式为W=Fs=
1 2
Mv22
-
1 2
Mv12
=1
2
M
d t2
2
-1
2
M
d t1
2
,可见还需要测量出M,即
滑块、挡光条和拉力传感器的总质量;
必备知识 · 整合
关键能力 · 突破
(3)该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小,不是将砝码盘和砝码的总 重力作为滑块、挡光条和拉力传感器的拉力,故不需要满足砝码盘和砝码的 总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量。
,还需要知道小物块
的质量,故A、D、E正确,B、C错误。
②根据h=
1 2
gt2和L=v0t,可得
v02
=
g 2h
L2,若功与速度的二次方成正比,则功与L2正
比,故应以W为纵坐标、L2为横坐标作图,才能得到一条直线。
③由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略,是实验方法不完善,则由此引起的
误差属于系统误差。
必备知识 · 整合
关键能力 · 突破
3.误差分析 (1)误差的主要来源是橡皮筋的长度和粗细不完全相同,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)利用打点的纸带计算小车的速度时,测量不准带来误差。
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关键能力 · 突破
(2)实验中甲、乙两同学用两种不同的方法来实现橡皮筋对小车做功的变化。 甲同学:把多条相同的橡皮筋并在一起,把小车拉到相同的位置释放; 乙同学:通过改变橡皮筋的形变量来实现做功的变化。 你认为 甲 (填“甲”或“乙”)同学的方法可行。
实验探究动能定理
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，应选用纸带的 ______部分进行测量(根据图(乙)所示的纸带回答)．
GK
类型二：利用其他装置探究
【例2】 (2009年广东卷)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 通过A、B时的速度大小，小车中可以放置砝码．
（2）下表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△E，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△E3= __0_.6_0_0__，W3= ____0_.6_1_0__。（结果保留三位有效数字）
(1) 除 了 图 ( 甲 ) 中 已 有 的 实 验 器 材 外 ， 还需要导线、开关、铁钉、刻度尺 和 ______ 电 源 ( 填 “ 交 流 ” 或 “ 直 流”)；
交流
(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 来平衡掉摩擦阻力，则下面操作正确的是______．
A．放开小车，能够自由下滑即可
二、实验器材
橡皮筋、打点计时器、小车、纸带、电源、导线、 刻度尺、木板、钉子等．
三、实验步骤
1．如图所示组装好实验仪器，由于小车在运动中会 受到阻力，把木板装有打点计时器的一端用薄木块略 微垫高，平衡摩擦力．
2．把纸带拴在小车的后面， 并穿过打点计时器，先用一条 橡皮筋进行实验，把橡皮筋拉 伸一定长度，放开小车．
实验报告5《探究动能定理》
实验报告5《探究动能定理》实验报告：探究动能定理摘要：本实验通过使用不同质量的小车，在水平面上进行运动，测量小车在不同速度下的动能和位移，从而探究动能定理。
实验结果表明，小车的动能与速度的平方成正比，验证了动能定理的正确性。
引言：动能定理是物理学中非常重要的一个定理，它描述了一个物体的动能与其质量和速度的平方成正比的关系。
动能定理可以用数学公式表示为：K=1/2mv^2，其中K代表动能，m代表质量，v代表速度。
方法：1.实验器材：小车、水平跑道、光电门、计时器、直尺、线尺、滑动器、质量砝码，电子秤。
2.实验步骤：a)将小车放在水平跑道上，调整小车和光电门的位置，使小车在光电门下能够顺利通过。
b)在光电门的一侧放置一个滑动器，以减小小车经过光电门时的误差。
c)在小车上放置一定质量的砝码，使小车的质量发生变化。
测量小车的质量，并记录下来。
d)测量小车在不同速度下通过光电门的时间，并计算速度。
e)在固定光电门位置的情况下，测量小车在不同速度下的位移，并记录下来。
f)计算小车的动能，并绘制动能与速度的关系图。
结果与讨论：本实验使用了三个不同质量的小车，其质量分别为50g、100g和150g。
通过测量小车在不同速度下通过光电门的时间，我们可以计算出小车的速度。
然后，我们在固定光电门的位置下，利用直尺测量小车在不同速度下的位移。
以下是实验结果的表格：质量(g) ，速度(m/s) ，位移(cm) ，动能(J)--------，-----------，---------，----------50，0.5，10，0.062550，1.0，20，0.125100，0.5，10，0.125100，1.0，20，0.25100，1.5，30，0.5625150，0.5，10，0.1875150，1.0，20，0.375根据上述结果，我们可以得出以下结论：1.小车的动能与速度的平方成正比，符合动能定理的预期。
2.小车的质量增加时，动能也相应增加，但增速逐渐减小。
实验一探究动能定理
高级中学2014届高三物理总复习自主探究学案内容：5.7实验一探究动能定理课时：1课时日期：2013—10—21 一、实验原理通过实验,求自由落体运动物体的重力所做的功和相应过程动能的增加量,若二者相等,则验证了动能定理.二、实验器材电火花打点计时器,纸带、重锤、刻度尺、带有铁夹的铁架台、钩码、夹子.三、实验步骤1.如图所示将纸带固定在重锤上,让纸带穿过打点计时器.2.用手握着纸带,使重锤停靠在打点计时器附近,然后接通电源,松开纸带,让重锤自由落下,纸带上打下一系列小点.3.从打出的几条纸带中挑选点迹清晰的纸带进行测量,记下第一个点的位置O,并在纸带上从距离O点较远的点开始依次选取几个点,记为1、2、3…,并量出各点到O的距离h1、h2、h3….4.应用公式v n=计算各点对应的瞬时速度.四、数据处理1.由E k=mv2计算各点的E kn=m.2.据W=Fh求出各点的W n=mgh n.3.比较各点对应的W n与E kn在误差范围内是否相等.五、注意事项1.安装打点计时器时要竖直架稳,使限位孔与纸带处于同一竖直平面内.2.应选用质量较大的钩码.3.使用打点计时器时,应先接通电源,再松开纸带.4.纸带选取的原则:(1)点迹清晰.(2)所打点间距适中.5.比较W n与E kn时,只需比较gh n与即可.实验原理的理解【例1】 (2012杭州模拟)为了“探究外力做功与物体动能变化的关系”,查资料得知,弹簧的弹性势能E p=kx2,其中k是弹簧的劲度系数,x是弹簧长度的变化量.某同学就设想用压缩的弹簧推静止的小球(质量为m)运动来探究这一问题.为了研究方便,把小球放在水平桌面上做实验,让小球在弹力作用下运动,即只有弹簧弹力做功.该同学设计实验如下:首先进行如图(甲)所示的实验:将轻质弹簧竖直挂起来,在弹簧的另一端挂上小球,静止时测得弹簧的伸长量为d.在此步骤中,目的是要确定物理量,用m、d、g表示为.接着进行如图(乙)所示的实验:将这根弹簧水平放在桌面上,一端固定,另一端被小球压缩,测得压缩量为x,释放弹簧后,小球被推出去,从高为h的水平桌面上抛出,小球在空中运动的水平距离为L.小球的初动能E k1= .小球离开桌面的动能E k2= .弹簧对小球做的功W= (用m、x、d、g表示).对比W和E k2-E k1就可以得出“外力做功与物体动能变化的关系”.【例2】某探究学习小组的同学们欲探究“做功与物体动能变化的关系”,他们在实验室组装了一套如图(甲)所示的装置.(1)该学习小组的同学想用沙和沙桶的重力作为滑块受到的合力,探究滑块所受合力做功与滑块动能变化的关系.为了实现这个想法,该小组成员提出了以下实验措施:①保持沙和沙桶的质量远大于滑块质量②保持沙和沙桶的质量远小于滑块质量③保持长木板水平④把木板的左端垫起适当的高度以平衡摩擦力⑤调整滑轮的高度使细线与长木板平行你认为有效的有.A.①③⑤B.②④⑤C.①④⑤D.②③⑤(2)如图(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,问:①打B点时刻,小车的瞬时速度v B= m/s.(结果保留两位有效数字)②本实验中,若沙桶下落高度为h1时合力对小车所做的功为W1,则当沙桶下落h2时,合力对小车所做的功为.(用h1、h2、W1表示)解析:(1)保持沙和沙桶的质量远小于滑块质量可以减少系统误差;实验中把沙和沙桶的总重力作为滑块受到的合力,所以必须把木板的左端垫起适当的高度以平衡摩擦力;细线与长木板平行时拉力才是滑块受到的合力,否则拉力的一个分力是滑块受到的合力,B正确.请完成《备考指南》P212例1 P213-214巩固练习 1 2 3例1答案弹簧的进度系数k mg/d 0 mgL2/4h mgx2/2d例2答案： (1)B (2)①v B== cm/s=0.40 m/s.②W1=F合h1,W2=F合h2,由两式可得:W2=W1.。
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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∝v倾斜放置的木板，在Q处固定一个速度传感器（用
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
(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，
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
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．
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 )
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，
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。
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？
hAB
vB
4 5
h 05 h 03 vB 2T
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
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
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；
【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 ）
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。
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
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
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
不轻易献出成功的皇冠乃是困难的天性。
（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