b02演示实验 物体动能的大小

实验十物体动能的大小

【实验目的】探究物体动能的大小与物体的质量m及速度v的关系。

【实验器材】DIS(数据采集器、光电门传感器、计算机)力学轨道、轨道小车、挡光片、配重片、摩擦块【实验装置】动能大小的比较实验装置图

【实验原理】动能的大小与物体的质量m及速度v有关，物体动能的大小可以用对外所做的功的多少来度量。测量本实验中物体推动摩擦块移动的距离s，可以得到物体克服摩擦力所做的功,进而度量出物体的动能（如果摩擦力不变,克服摩擦力所做的功与推动滑块移动的距离成正比）。

【实验步骤】

1．将轨道调平，把挡光片固定在轨道小车上。测量出小车（连同挡

光片）的质量m及挡光片的宽度Δs。

2．将光电门传感器固定在轨道上，连接到数据采集器的第一通道。

3．遵照以下原则放置摩擦块：当挡光片的后沿刚挡光刚通过光电门

传感器（透光孔）时，摩擦块即与滑块相碰。

4．点击教材专用软件主界面上的实验条目“动能大小的比较”，打开

该软件

5．将小车（连同挡光片）的质量m及挡光片的宽度Δs填入软件窗

口下方对应的表格中。

6．点击“开始记录”，推动小车沿轨道运动。当小车经过光电门传感

器时，即测得小车的速度。与此同时，滑块推动摩擦块运动。

7．摩擦块停止运动后，测量出摩擦块的位移s，将数据填入软件窗口下方对应的表格中。

8．改变小车的质量（增加配重片）或运动速度（改变外力），重复实验，得到多组数据.

9．点击“选择s与m、v的关系”窗口，弹出的下拉菜单中包含s与m、v的八个关系式。任选其一，点击“绘图”，即得出位移s与该关系式对应的数据点分布图。

10．观察和比较上述数据点分布图的特征，可见只有选择了“mv2”之后，对应的数据点才具有明显的线性特征。说明动能大小与m、v的关系可表达为“E∝mv2”。

11．讨论本次实验应用的方法,归纳“数据-图线（数据点分布图）”之间的关系及形成上述推断的依据。

实验结论: ______________________________________

[注意事项]

1.要注意摩擦块的正确放置。

2.本实验中，纵坐标为摩擦块移动的距离s，横坐标是一个由公式得出的复合量。决定该复合量的公式由

软件界面中的下拉菜单提供了八个选项，要注意观察由八个选项决定的数据点的排列结果，选择其中最接近线性的数据点排列方式，由此倒推出表述动能大小的关系式。

【巩固训练】

1.动能的大小与物体的_____和_____有关，物体的动能的大

小可以用对外所做的功的多少来度量。"物体动能的大小"实

验中通过_______，可以得到物体克服摩擦力所做的功，进

而度量出物体的动能大小。这种“等效替代”的研究方法，在

物理学领域被广泛应用。掌握这种研究方法，是对学生思维

能力的一大提升。该实验的结论是：___________

2.“物体动能的大小"实验中摩擦块的放置原则是. .当挡光片的________刚挡光即刚通过光电门传感器(透光孔)时，摩擦块即与滑块相碰。

3.某物理兴趣小组为了探究动能和速度大小的关系，提出了下面几种猜想:

他们设计的DIS 装置如

图甲所示(数据采集器与计算计未画出)， AB 为一块倾斜放置的可看成光滑的木版， 在B 处按置了一个光电门传感器，(用来测量物体

每次通过B 时点的速度)。将物体分别从不同高度无初速释放，测出物体由初位置到光电门传感器的距离L 1、L 2、L 3、L 4、...... ，将这些数据输入电脑，相应地小球每次通过B 点的速度v 1、v 2、v 3、v 4、......，由电脑实时计录。

(1) 显然，本实验中物体在B 点的动能等于物体下滑过程中重力做的功，而实验时并未测量这种功，那么

动能的大小是用什么量来替代的呢?为什么可以这样替代? ____________________________________________________________ (2) 利用本实验的电脑软件可方便地绘出图乙所示的L-v 图像，他们下一步应该怎么做?

______________________________________________________________

(3) 此实验中如果物体与木板间的摩擦力不能忽略，那么是否也只要测量物体每次下滑的距离 L 和到达B

点时的速度v 就可以了呢?为什么? ______________________________________________________________ 4. （4分）如图（a ）所示的装置可以验证变力做功情况下的动能定理：在一辆小车上安装两挡光片a 、b 和位移传感器的发射端，光电门传感器、位移传感器的接收端、力传感器安装在水平放置的固定光滑轨道上，将两块磁铁分别安装于力传感器的受力端和小车上对应的位置，且同性磁极相对。

让小车向力传感器方向运动，当挡光片a 经过光电门传感器时，计算机记录下此时小车的速度v 0，同时触发力传感器以及位移传感器工作，当挡光片b 经过光电门时，计算机再次记录下此时小车的速度v t ，同时力传感器和位移传感器停止工作，便可得到这一过程的小车所受的磁力和位移的F-s 图像，如图（b ）所示。

（1）若小车的质量为m ，

请写出计算小车动能的增量ΔE k 的表达式：_____________。（用已知量和测量量表示）

（2）小车在这一过程做加速度_________、速度_________的运动。（选填“变大”、“不变”或“变小”）

（3）计算机通过F-s 图线可以算出磁力在这一过程中所做的功。请根据学过的知识写出根据F-s 图线估算磁力在这一过程所做功大小的方法：

_______________________________________________。

5.

如图（

a ）所示，用细线将包有白纸带的质量为1.00 kg 的圆柱棒悬挂，另有蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之转动.当烧断悬挂圆柱棒的细线后，圆柱棒竖直自由下落，毛笔就在圆柱棒面上的纸带上画出记号，如图（

b ）所示，设毛笔接触棒时不影响棒的运动.测得记号之间的距离依次为 26.0 mm 、42.0 mm 、58.0 mm 、74.0 mm 、90.0 mm 、

/m

（b ）

光电门传感器 位移传感器（发射） 磁铁

力传感器

a

b （a ）