实验 探究动能定理

实验：探究动能定理

实验目的

1．通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系．

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．

实验原理

1．不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W、2W、3W、…. 2．由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出．这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据．

3．以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，作出W－v曲线，分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系．

实验器材

小车(前面带小钩)、100 g～200 g砝码、长木板，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(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．

一、实验步骤

1．按图所示将实验仪器安装好．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相同，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.

二、实验分析

1．数据采集

(1)求小车的速度：利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离x，则v ＝x

T(其中T为打点周期)．

如图所示中测出AB两点间距离．

(2)数据记录：把计算出的速度填入上表中并算出v2值．

(3)数据处理：在坐标纸上画出W－v和W－v2图线

三、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．

四、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．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的部分．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．

动能定理

1、如图，一半径为R，粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置，直径POQ水平，一质量为m的质点自P点上方高度R处由静止开始下落，恰好从P点进入轨道，质点滑到轨道最低点N时，对轨道的压力为4mg，g为重力加速度的大小，用W表示质点从P点运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功，则（C）

A．W=mgR，质点恰好可以到达Q点

B．W＞mgR，质点不能到达Q点

C．W=mgR，质点到达Q点后，继续上升一段距离

D．W＜mgR，质点到达Q点后，继续上升一段距离

2、如图，AB是倾角为θ的粗糙直轨道，BCD是光滑的圆弧轨道，AB恰好在B点与圆弧相切，

圆弧的半径为R。一个质量为m的物体（可以看作质点）从直轨道上的P点由静止释放，结果它能在两轨道间做往返运动。已知P点与圆弧的圆心o等高，

物体与轨道AB间的动摩擦因数为μ。求（1）物体做往返运动

的整个过程中在AB轨道上通过的总路程

（2）最终当物体通过圆弧轨道最低点E时，对圆弧轨道的压力

解析：（1）由动能定理得：-umgcosθL=0-mgRcosθ L=R/u

(2)mgR(1-COSθ)=mv2/2

f-mg=mv2/R

f=f’=mg(3-2cosθ) 方向竖直向下