1、第五章 机械能,必 修 二,实验五 探究动能定理,基础知识梳理,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二次方的正比关系。 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)、100200g
2、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)、56条等长的橡皮筋、刻度尺。 四、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1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。,五、数据处理 1测量小车的速度：实验获得如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做的功和
3、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：A1、A2间的距离x，小车速度的表达式是v(T为打点计时器打点的时间间隔)。,2记录实验数据：把计算出的速度填入表格中并算出v2的值。,3.数据处理：在坐标纸上画出Wv或Wv2图线(“W”以一条橡皮筋做的功为单位)。4实验结论：从图象分析外力对物体做功与物体速度变化的关系为Wv2。,六、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利用打点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差。,七、
4、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做匀速运动，找到木板一个合适的倾角。 2测小车速度时，应选纸带上点距均匀的部分，也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点。 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。这是本实验的技巧之一，这里通过转换单位的方法巧妙地解决了这一难题，这也是物理实验中常用的一种思想和手段。,核心考点突破,实验原理与数据处理,(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
5、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；,刻度尺,点距均匀,1,1,2W,1.4,1.96,3W,1.5,2.25,4W,2,4,5W,2.25,5.06,(4)从理论上讲，橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn _，请你根据表中测定的数据在如图所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性。,解题探究：平衡摩擦力后，小车做什么运动？ 答案：小车先做初速度为零的变加速直线运动，最后做匀速运动。,解析 (1)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
6、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)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。 (3)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。 (4)利用图象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。 根据表中数据确定横、纵坐标轴的标度。 认真描写各坐标点。 连线时要注意连线原则，偏离直线较远的点要舍去。,答案 (4)如图所示,类题演练 1 ,(1)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m、滑块的质量M两者应满足的条件是_，而且实验时还需要有的步骤是_。
7、,Mm,平衡摩擦力,实验拓展与创新,方案3：研究小车以不同的初速度沿粗糙水平面滑动的距离，得出小车的初动能大小与克服摩擦力做功的情况，也可探究动能定理。这时必须保证小车与水平面上各处之间的动摩擦因数相同。,A,解题探究：(1)物体从斜面滑下，合力做功与动能增量表达式分别是怎样的？ (2)做实验研究问题，从理论上来说，画出的图线最好是直线还是曲线？,答案 (1)见解析 (3)不会,类题演练 2 ,(1)根据上述实验方案进行了如下操作。 用天平测定小钢球的质量为m0.25kg； 用游标卡尺测出小钢球的直径为d10.0mm； 用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为L80.40cm； 实验时，电磁铁先通电，让小钢球_； 然后_，小钢球自由下落； 在小钢球经过光电门的时间内，计时装置记下小钢球经过光电门所用时间为t2.50103s，则小钢球经过光电门时的速度可利用表达式vd/t进行计算，此计算结果比小钢球的实际速度_(填“大”或“小”)；,吸附在电磁铁的下端,断开电磁铁的电源,小,计算得出重力做的功为_J，小钢球动能变化量为_J。(g取10m/s2，结果保留三位有效数字) (2)在本实验中的误差来源：_ _(至少写出两条)。,2.01,2.00,空气阻力，测量误差，读数误差，计算速度值,有误差等(任写两条即可),2年高考模拟,
