动能定理实验44194

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

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，小车匀速运动则摩擦力才算被平衡，此操作一是可通过纸带观察小车是否匀速，二是可同时平衡纸带运动所受的阻力。

2.利用纸带确定小车的末速度[对应第(2)题]

(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。

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。

(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：

橡皮筋做的功

10个间距的

距离x(m)

10个间距的

时间T(s)

小车获得的

速度v n(m/s)

小车速度的平

方v n2(m2/s2) 第1次W 0.2000.2

第2次0.2800.2

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 n2

第1次W 1.0 1.00