1、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Wv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,三、实验器材小车(前面带小钩)、100 g200 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
2、及纸带、学生电源及导线(使用电火花计时器不用学生电源)、56条等长的橡皮筋、刻度尺 四、实验步骤 1按如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,2实验数据记录,3.实验数据处理及分析：在坐标纸上(右下图)画出Wv和Wv2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
3、速度变化的关系为Wv2.,六、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状态的 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,七、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 3利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不
4、准带来误差,八、实验改进本实验中物体运动的速度可以使用速度传感器直接采集，比用打点计时器方便快捷且误差较小；实验情景也可加以改进，如研究物体以不同的初速度沿粗糙水平面滑动的距离，得出物体的初动能大小与克服摩擦力做功的情况，这时必须保证物体与水平面上各处的动摩擦因数相同.,(2013福建理综，19(1)在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图甲)：,实验原理及误差分析,(1)下列说法哪一项是正确的_(填选项前字母) 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
5、分，选取O、A、B、C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3位有效数字),C,0.653,(2013四川理综，8(2)如图甲所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：,实验数据的处理,(1)为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做_运动。,匀速直线,(2)连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图乙所示的纸带。纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1 s的相邻计数点A、B、
6、C、D、E、F、G.实验时小车所受拉力为0.2 N，小车的质量为0.2 kg. 请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化Ek.补填表中空格(结果保留至小数点后第四位).,分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内WEk.与理论推导结果一致。 (3)实验前已测得托盘质量为7.7103kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为_kg.(g取9.8 m/s2，结果保留至小数点后第三位. ),0.1115,0.1105,0. 015,(2013重庆理综，6(1)我国舰载飞机在“辽宁舰”上成功着舰后，某课外活动小组对舰载飞机利用阻拦索着舰的力学问题很感兴趣他们找来了木板、钢球、铁钉、橡皮条以及墨水，
7、制作了如图所示的装置，准备定量研究钢球在橡皮条阻拦下前进的距离与被阻拦前速率的关系要达到实验目的，需直接测量的物理量是钢球由静止释放时的_和在橡皮条阻拦下前进的距离，还必须增加的一种实验器材是_忽略钢球所受的摩擦力和空气阻力，重力加速度已知，根据_定律(定理)，可得到钢球被阻拦前的速率,实验创新设计,高度,刻度尺,机械能守恒,1用如图所示的装置做“探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是( ),A为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动 B每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样 C可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数
8、值 D可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值 E实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源 F通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度 G通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度,ABCF,2在“探究功与物体速度变化关系”的实验中，每次选取纸带后，我们应选取纸带上的哪些点来求小车的速度 ( ) A间距均匀的 B间距不均匀的 C间距均匀的与不均匀的都可 D最好是间距均匀的，若纸带上没有间距均匀的，也可用间距不均匀的,A,3(2014天津耀华中学模拟)某同学在实验室用如图所示的装置来研究有关做功的问题,(1)如图甲，在保持Mm条件下，可以认为绳对小车的拉力近似
9、等于砂和砂桶的总重力，在控制小车质量不变的情况下进行实验在实验中，该同学先接通打点计时器的电源，再放开纸带，已知交流电的频率为50 Hz.图乙是在m100 g、M1 kg情况下打出的一条纸带，O为起点，A、B、C为过程中3个相邻的计数点，相邻的计数点之间有4个点没有标出，有关数据如图乙，则打B点时小车的动能Ek_J，从开始运动到打B点时，绳的拉力对小车做的功W_ J(保留2位有效数字，g9.8 m/s2) (2)在第(1)问中，绳的拉力对小车做的功W大于小车获得的动能Ek，请你举出导致这一结果的主要原因：(写出一种即可) _.,0.50,0.51,摩擦没有完全抵消；砂与砂桶的重力大于绳的拉力,
10、4(2014泉州质检)某同学利用图甲的实验装置做“探究动能定理”的实验。在尽量减小摩擦阻力的情况下，先接通打点计时器的电源，再释放纸带，让质量m1. 00 kg的重物由静止下落，在纸带上打出一系列的点，如图乙所示，A、B、C分别为所选取的计数点，且O为开始打出的第一点，OA之间有 若干点未标出，相邻计数点的时 间间隔为0.02 s，重力加速度g取 9.80 m/s2.,(1)释放纸带前，纸带的_(选填“O”或“C”)端在上面； (2)重物从O运动到B的过程中，动能的变化量Ek_ J(取两位有效数字)； (3)列举一种能有效减小实验误差的做法_,C,0.67,多次测量取平均值,5某实验小组采用如
11、图所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行打点计时器工作频率为50 Hz.,(1)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条、，并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放小车把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1，第2次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W1，；橡皮筋对小车做功后而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出根据第4次的纸带(如图所示)求得小车获得的速度为_m/s.,2,(2)若根据多次测量数据画出的Wv草图如图所示，根据图线形状，对W与v的关系作出的猜想，如果猜想Wv2是正确的，则画出的Wv2图象应是_,(3
12、)在本实验中你认为影响实验效果的可能原因是 _(只要回答出一种原因即可),过原点的一条直线,影响实验效果的可能原因是橡皮筋粗细不均匀，木板倾斜不够或太过倾斜等,6某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”如图所示，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,(1)实验主要步骤如下： 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； 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 在小车中增加砝码，或_，重复的操作,小车,释放小车,减少砝码,(2)表格中是他们测得的几组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|vv|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E3_，W3_.(结果保留三位有效数字) 数据记录表,0.600 J,0.610 J,(3)根据表格，请在下图中的方格纸上作出EW图线,
