实验五　探究动能定理

nullnull实验五　探究动能定理 null1．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，出做功与物体速度平方的正比关系．null1．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．null小车(前面带小钩)、100～200 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．null1．按如图1所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力．图1null2．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．null5．分析数据，得出结论． 图2null(2)实验数据null(3)实验数据处理及分析：在坐标纸上(如图3所示)，画出W－v和W－v2图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位)．图3null(4)实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系W∝v2.null1．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．null1．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状态的．null3．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．null题型一　　实验原理及数据处理 [例1]　在做“探究动能定理”的实验中，小车的质量为m，使用橡皮筋6根，每次增加一根，实验中W、v、v2的数据已填在下面表格中，试在图4中作出图象.图4nullnull[解析]　将表中的数据分别描在图4的甲和乙两个坐标系中，然后在图甲中用平滑曲线连接，在图乙中用倾斜直线连接，并且使尽可能多的点分布在曲线上，或对称分布在直线两侧，如图5中a和b所示．图5null[]　见图5中a和b.null题后反思 实验中用改变橡皮筋的条数来表示外力做功的改变是本实验中的技巧，同时体现了图象法在探究实验中的重要性．null变式1—1　(2011·潍坊模拟)为了探究恒力作用时的动能定理，某同学做了如下实验，他让滑块在某一水平面上滑行，利用速度采集器获取其初速度v，并测量出不同初速度的最大滑行距离x，得到下表所示几组数据：null(1)一同学根据表中数据，作出x－v图象如图6甲所示．观察该图象，该同学作出如下推理：根据x－v图象大致是一条抛物线，可以猜想，x可能与v2成正比．请在图乙所示坐标纸上选择适当的坐标轴作出图线验证该同学的猜想．图6null(2)根据你所作的图象，你认为滑块滑行的最大距离x与滑块初速度平方v2的关系是____________________________． 答案：(1)如图7所示　(2)x∝v2图7null1．如图8所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，关于橡皮筋做的功，下列说法中正确的是(　　)图8nullA．橡皮筋做的功可以直接测量 B．通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加 C．橡皮筋在小车运动的全程中始终做功 D．把橡皮筋拉伸为原来的两倍，橡皮筋做功也增加为原来的两倍null解析：橡皮筋的功等于橡皮筋所释放的弹性势能，但无法直接测量，橡皮筋的条数成倍增加，弹性势能也会成倍增加，即做功成倍增加，但橡皮筋只是在释放弹性势能的一段时间内才做功，故A、C错，B对．橡皮筋的弹性势能与形变量的平方成正比，当拉伸为原来的两倍时，功变为原来的4倍，故D错． 答案：Bnull2．关于探究功与物体速度变化的关系的实验中，下列叙述正确的是(　　) A．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值 B．每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致 C．放小车的长木板应该尽量使其水平 D．先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出null解析：本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足够了，A错；每次实验橡皮筋伸长的长度必须保持一致，只有这样才能保证以后各次实验时，橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍，B错；小车运动中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，才能减小误差，C错；实验时，应该先接通电源，让打点计时器开始工作，然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出，D正确． 答案：Dnull3．在“探究动能定理”的实验中，某同学是用下面的方法和器材进行实验的：放在长木板上的小车，由静止开始在几条完全相同的橡皮筋的作用下沿木板运动，小车拉动固定在它上面的纸带，纸带穿过打点计时器．关于这一实验，下列说法中正确的是(　　) A．长木板要适当倾斜，以平衡小车运动中受到的阻力 B．重复实验时，虽然用到橡皮筋的条数不同，但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同nullC．利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点最密集的部分进行计算 D．利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点比较稀疏的部分进行计算 答案：ABDnull4．(2009·广东单科)某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”，如图9，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平桌面上相距50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小．小车中可以放置砝码．图9null(1)实验主要步骤如下： ①测量________和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路； ②将小车停在C点，________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度． ③在小车中增加砝码，或________，重复②的操作．null(2)下表是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|v22－v12|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量△E，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功．表格中的△E3＝________J，W3＝________J．(结果保留三位有效数字)null数据记录表 null(3)根据上表，请在图中的方格纸上作出△E－W图线．图10null(3)图11null答案：(1)①小车 ②接通电源，释放小车 ③减少砝码(2)0.600　0.610　(3)见解析图null5．(2010·安徽理综)探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图12所示，实验主要过程如下：图12null(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、…… (2)分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度v1、v2、v3、…… (3)作出W－v草图；null(4)分析W－v图象．如果W－v图象是一条直线，表明W∝v；如果不是直线，可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝等关系．以下关于该实验的说法中有一项不正确，它是 A．本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、……所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致．当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条、……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、……实验时，橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W、……nullB．小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜． C．某同学在一次实验中，得到一条记录纸带．纸带上打出的点，两端密、中间疏．出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小． D．根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算．null解析：本实验的目的是探究橡皮筋做的功与物体获得速度的关系，这个速度是指橡皮筋做功完毕时的速度，而不是整个过程的平均速度，故选项D错误． 答案：Dnull6．某实验小组采用如图13所示的装置探究“动能定理”，图中小车中可放置砝码．实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器工作频率为50 Hz.图13null(1)实验的部分步骤如下： ①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码； ②将小车停在打点计时器附近，______，______，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点，______； ③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作．null(2)如图14是钩码质量为0.03 kg、砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到O的距离s及对应时刻小车的瞬时速度v，请将C点的测量结果填在表1中的相应位置．图14null表1 纸带的结果null(3)在小车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统，________做正功，________做负功． (4)实验小组根据实验数据绘出了下图中的图线(其中△v2＝v2－v02)，根据图线可获得的结论是________．要验证“动能定理”，还需测量的物理量是摩擦力和________．null图15nullnull答案：(1)接通电源 释放小车 断开开关 (2)5.09(5.05～5.10) 0.49(0.48～0.50) (3)钩码的重力 摩擦力 (4)小车初、末速度的平方差与位移成正比　小车质量null