动能定理实验

动能定理实验

实验五

探究动能定理

一、实验目的

1．探究外力对物体做功与物体速度变化的关系。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。

二、实验器材

小车(前面带小钩)、100～200 g砝码、长木板及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(若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。

突破点(一) 实验原理与操作

[典例1] 某实验小组用如“实验图示记心中”所示装置“探究功与物体速度变化的关系”。(1)为平衡小车运动过程中受到的阻力，应该采用下面所述方法中的______(填入选项前的字母代号)。

A．逐步调节木板的倾斜程度，让小车能够自由下滑

B．逐步调节木板的倾斜程度，让小车在橡皮筋作用下开始运动

C．逐步调节木板的倾斜程度，给小车一初速度，让其拖着纸带匀速下滑

2

D．逐步调节木板的倾斜程度，让拖着纸带的小车自由下滑

(2)如图所示是该实验小组在实验过程中打出的一条纸带，已知打点计时器连接的电源的频率为50 Hz，则橡皮筋恢复原长时小车的速度为________ m/s(结果保留三位有效数字)。

[由题引知·要点谨记]

1.实验原理的理解[对应第1题]

1为使橡皮筋的拉力所做的功为合外力对

小车所做的功，必须平衡小车的摩擦力。

2利用小车拖着纸带，小车匀速运动则摩

[集训冲关]

1．(2017·湖南四校联考)某实验小组要探究力对

物体做的功与物体获得的速度的关系，选取的实验

装置如“实验图示记心中”所示。

3

(1)实验时，在未连接橡皮筋时将木板的左端用小木块垫起，使木板倾斜合适的角度，打开打点计时器，轻推小车，最终得到如图甲所示的纸带，这样做的目的是____________。

(2)在正确操作的情况下，打在纸带上的点并不都是均匀分布的，为了计算小车获得的速度，应选用图乙纸带的__________(填“A～F”或“F～I”)部分。

(3)小车在一条橡皮筋的作用下由某位置静止弹出，沿木板滑行，当小车的速度最大时，橡皮筋对小车做的功为W。再用完全相同的2条、3条、…、n条橡皮筋作用于小车上，每次在________(填“相同”或“不相同”)的位置由静止释放小车，使橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W、…、nW。

(4)分析打点计时器打出的纸带，分别求出小车每次获得的最大速度v1、v2、v3、…、v n，作出W­v 图像。则下列符合实际的图像是________(填字母序号)。

2．(2014·天津高考)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变

化的关系。此外还准备了打点计时器及配套的电

4

源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图所示。

(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些______________________________。

(2)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。他这样做的目的是下列的哪个____(填字母代号)。

A．避免小车在运动过程中发生抖动

B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决方法：__________________________________________ __。

(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一情况可能是下列哪些原因造成的________(填字母代号)。

A．在接通电源的同时释放了小车

B．小车释放时离打点计时器太近

C

．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡

5

掉

D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力突破点(二) 数据处理与误差分析

[典例2] 如“实验图示记心中”所示装置，是某研究性学习小组做探究“橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形。橡皮筋对小车做的功记为W。当把2条、3条、…、n条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、…、n次实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放。小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打出点的纸带测出。

(1)除了图中已给出的实验器材外，还需要的器材有_________________________；(2)平衡摩擦后，每次实验得到的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；

(3)下面是本实验的数据记录表，请将第2次、第3次、…、n次实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置，并计算v n及v n2，填入下表：

6

次

第3

次

0.3000.2

第4

次

0.4000.2

第5

次

0.4500.2

(4)从理论上讲，橡皮筋做的功W n和

物体速度v n变化的关系应是W n∝

________，请你根据表中测定的数据在如图所示的坐标系中作出相应的图像验证理论的正确性。

功v

n

v

n

2第1

次

W

1.

1.

00 第2

次

2W

1.

40

1.

96 第3

次

3W

1.

50

2.

25 第4

次

4W

2.

00

4.

00 第5

次

5W

2.

25

5.

06

7