动能定理实验复习题

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(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。

三、实验步骤及数据处理

1．按图实-5-1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的功为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，这时橡皮筋对小车做的功为W2,测出小车获得的速度V2．将数据记人表格．

4．用3条、4条……橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记人表格.

5．分析数据，得出结论

(1)测量小车的速度：实验获得如图实-5-2所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量是A1、A2间的距离s，小车速度的表达式是v=s/T=手(T为打点计时器的时间间隔)。

(2)实验数据记录

(3)实验数据处理及分析：在坐标纸上(图实-5-3)画出W-V和W-V2图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位)．

(4)实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系为W∝V2

四、注意事项

1．平衡摩擦力：实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们研究的是橡皮筋做的功与物体速度的关系，应设法排除摩擦力的影响，可采用将木板一端垫高的方法来实现．将木板一端垫高，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就能消除摩擦力的影响．判断已平衡掉摩擦力的方法是：轻推一下小车，观察小车不受其他力时能在木板上做匀速运动．

2．打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度，因为这一段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形．

3．本实验并不需要测量橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只是测出以后各次实验橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍，这样做可以大大简化操作．

五、误差分析

1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力与橡皮筋的条数不成正比．

2．平衡摩擦力不彻底或平衡过了也会造成误差．

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．

考点一实验原理与操作

[典例1] (2013·福建高考)在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图实­5­1甲)：

(1)下列说法哪一项是正确的( )

A．平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上

B．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量

C ．实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放

(2)图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O 、A 、B 、C 为计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz ，则打B 点时小车的瞬时速度大小为______m/s(保留三位有效数字)。

图实­5­1

[答案] (1)C (2)0.653

[考点总结·要点谨记]

1.实验原理的理解[对应第(1)题A 、B 项]

(1)为使细线的拉力作为小车的合外力，本实验必须平衡小车的摩擦力。

(2)平衡摩擦力时不挂钩码，轻推小车，只要纸带上点间距相等，小车做匀速运动即可完成。

(3)若要钩码的重力作为细线的拉力，则应满足钩码质量远小于小车质量。

2.实验操作的注意事项[对应第1题C 项]

由静止释放小车，小车的动能增量等于小车的末动能。

3.利用纸带确定物体的瞬时速度[对应第2题]

1利用v ＝x 1＋x 22T

确定小车的瞬时速度。 2注意x 和v 的单位及有效数字要求。

[典例2] 如图实­5­4所示，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。这时，橡皮筋对小车做的功记为W 。当我们把2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3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点的纸带测出。

图实­5­4

(1)除了图中的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……实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置；

(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实­5­5所示的坐标系中作出相应的图像验证理论的正确性。

图实­5­5

[答案] (1)刻度尺(2)点距均匀(3)2W3W4W5W(4)v n2

如图所示

[考点总结·要点谨记]

1.实验器材的选用[对应第1题]

只要应用电磁打点计时器打纸带的实验，与打点计时器相关的器材，如：学生电源、导线、复写纸、纸带必须有，处理纸带时，为测量计时点间距，还应有刻度尺。

2.数据处理的方法[对应第23题]

1纸带上点间距相等部分对应橡皮筋松弛后小车获得的末速度。

2因完全相同的橡皮筋，拉伸相同的长度，故橡皮筋对小车做的总功与橡皮筋条数成正比。

3.利用图像探究物理量间的关系[对应第(4)题]

(1)利用图像探究物理量间的关系时，首先确定横、纵坐标轴对应的物理量及单位。