探究动能定理实验学案

探究动能定理实验

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、实验装置

5、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。

6、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。

【跟踪训练】

例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滑轮 滑块 细线 打点计时器 纸带

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．

若你是小组中的一成员，要完成该项实验，则：

（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和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v1与v2（v1< v2）．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）．例2．在“探究恒力做功与物体的动能改变量的关系”的实验中备有下列器材：A.打点计时器；B.天平；C秒表；D.低压交流电源；E.电池；F.纸带；G.细线、砝码、小车、

砝码盘；H.薄木板．

(1)其中多余的器材是____________，缺少的器材是__________________．

(2)测量时间的工具是__________________；测量质量的工具是____________________．

(3)图实－5－12所示是打点计时器打出的小车(质量为m)在恒力F作用下做匀加速直

线运动的纸带．测量数据已用字母表示在图中，

打点计时器的打点周期为T.请分析，

利用这些数据能否验证动能定理？若不能，请说明理由；

若能，请说出做法，并对

这种做法做出评价

例3．某探究小组利用气垫导轨和光电门计时器等装置(如

图所示)探究动能定理．他们通过改变滑轮下端的小盘中沙子的质量来改变滑块水平方向的拉力；滑块上装有宽为d的挡光片．实验中，用天平称出小盘和沙子的总质量为m，滑块(带挡光片)的质量为M，计时器显示挡光片经过光电门1和2的时间分别为Δt1、Δt2.

(1)在满足______的条件下，才可以认为小盘和沙子的重力所做的功等于滑块动

能的改变量．

(2)实验中还必须测量的物理量是______，试写出本次探究的原理表达式(用测量量和已知量表示)________________________．

例4、在“探究力做功与动能改变的关系”实验中，某实验小组采用如图甲所示的装置，实验步骤如下：

①把纸带的一端固定在小车的后面，另一端穿过打点计时器

②改变木板的倾角，以重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力

③用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的砂桶相连

④接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点

⑤测出s 、s1、s2(如图乙所示)，查得打点周期为T

甲

乙

(1)判断重力的一个分力是否已与小车及纸带受到的摩擦力平衡的直接证据是________________；

(2)本实验还需直接测量的物理量________；(并用相应的符号表示)

(3)探究结果的表达式________________．(用相应的符号表示)

实验方法二：利用橡皮筋做功探究动能定理

1、实验目的

用实验方法探究动能定理

2、实验原理

外力对物体所做功等于物体动能增量。

（注意：实验中，可以通过改变橡皮筋的根数，达到改变外力做功；通过打电计时器记录物体运动，分析物体的速度，从而得到它的动能增量；当然也可以直接利用光电门测出物体获得的速度）

3、实验器材 打电计时器，物体，电源，橡皮筋（保

证近似相同），木板

（或：汽垫导轨，光电计时装置） 4、实验步骤

1．按图把实验器材安装好，并平衡摩

擦力。（调整有打点计时器一端的长木板高度）

2．用一根橡皮筋套住物块，拉至某位置O ，接通电源，放开物块，打点计时器在纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号。

3．改变橡皮筋根数，从同一位置O ，释放物块，得到一系列纸带

4．通过纸带数据处理，得到物块的速度v

5、数据处理

先对测量数据进行估计，或者作个W-v 草图，大致判断两个量可能是什么关

系。如果认为可能是W ∝v 2，对于每一个速度值算出它的二次方，然后以W 为纵打点计时器 纸带 橡皮筋