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1、第五章机械能,实验五探究动能定理,记一记 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
2、，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)按如图所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力,(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： 观察法：当橡皮筋的条数成倍增加，即合外力做的功成倍增加时，观察小车的速度或速度的平方如何变化，有何变化规律 图像法：在坐标纸上(如图所示)画出Wv或Wv2图线(
3、“W”以一根橡皮筋做的功为单位),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
4、用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差,思一思 1该实验为什么必须平衡摩擦力？ 提示：平衡摩擦力就是让重力沿斜面方向的分力与摩擦力相等，以保证小车所受合外力为橡皮筋的拉力，而使合外力的功与橡皮筋的条数成正比，若不平衡摩擦力，则合外力包含摩擦力，合外力的功与橡皮筋条数不成正比 2为什么处理纸带时，必须求匀速阶段的速度？ 提示：橡皮筋恢复原长时，做功结束，小车应做匀速运动，测量匀速阶段的速度，也就是橡皮筋刚做完功时的末速度,3如何测定橡皮筋做的功？ 提示：橡皮筋做的功是一个要测定的数据，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(历史上卡文迪许扭秤实验
5、，密立根油滴实验和这里的方法非常相似),本实验的技巧之一是不直接算W和v的数值，而只看第2次，第3次实验中的W和v2是第1次的多少倍，简化了数据的测量和处理 技巧之二是用Wv2图像处理数据，这要比直接找寻W和v2的关系更直观，更简单明了,考向一以实验目的、原理、器材的考查 典例1 “探究动能定理”的实验装置如图甲所示，当小车在1条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W0.当用2条、3条、4条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W0、3W0、4W0，每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点计时器所打的纸带测出,考向二实验数据处理与误差分
6、析 典例2(2013四川理综)如图甲所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定理关系”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：,(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 (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、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4位).,(3)
7、实验前已测得托盘质量为7.7103 kg，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3位) 【尝试解题】_,同学们设计了以下表格来记录实验数据其中L1、L2、L3、L4代表物体分别从不同初始位置处无初速释放时初始位置到速度传感器的距离，v1、v2、v3、v4表示物体每次通过Q点的速度.,他们根据实验数据绘制了如图乙所示的Lv图像，并得出结论Wv2.他们的做法是否合适，你有什么好的建议？ 在此实验中，木板与物体间摩擦力的大小_(填“会”或“不会”)影响探究出的结果 【尝试解题】_,【解析】采用表格方法记录数据，合理绘制的Lv图像是曲线，不能得出结
8、论Wv2.为了更直观地看出L和v的变化关系，应该绘制Lv2图像重力和摩擦力的总功W也与距离L成正比，因此不会影响探究的结果 【答案】不合适，应进一步绘制Lv2图像不会,高考命题常涉及的几种创新角度 一、本题创新点分析 1源于教材本例中的实验目的及数据处理方法与本实验是相同的 2高于教材本例中物体的速度是用速度传感器测定的，本例中利用的是重力沿斜面的分力和摩擦力的合力做功，当改变L时，合力不变化，故无需再平衡摩擦力数据处理时，纵轴用物体下滑的位移L，而不是用合力的功W.,二、本实验还可以从以下几个方面进行改进创新 实验器材的创新 1若利用速度传感器和力传感器，该实验应如何进行？ 提示：如图所示，
9、将拉力传感器固定在小车上，平衡小车的摩擦力，拉力传感器可以记录小车受到的拉力大小，在水平桌面上相距一定距离L的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车通过A、B时的速度大小，改变钩码的数量，分别得到对应拉力的功W和v2(即vv)，也可验证得到Wv2的结论,2若利用光电门和气垫导轨，该实验应如何进行？,针对训练 (2014浙江效实中学期中)如图甲所示，是某同学验证动能定理的实验装置其步骤如下：,c取下轻绳和易拉罐后，换一条纸带，将小车由静止释放，打出的纸带如图乙(中间部分未画出)，O为打下的第一个点已知打点计时器的打点频率为f，重力加速度为g.,名校模题 1(2015开封市高三质检)为了探究
10、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：,(1)一同学根据表中数据，作出xv图像如图甲所示观察该图像，该同学作出如下推理：根据xv图像大致是一条抛物线，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,【解析】(1)作出xv2的图线如图所示,2(2015河南中原名校模拟)某学习小组用如图所示的气垫导轨装置来“探究牛顿第二定律”，由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离L25 cm，用光电门测出窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为t1210
11、3 s，t2103 s，窄遮光板的宽度为d，滑块和遮光板的质量为M，沙和沙桶的质量为m，且满足mM.,(1)如图所示，用游标卡尺测出挡光板的宽度为d，则d_ mm，此滑块的加速度a_ m/s2(本空保留二位有效数字),3(2015三门峡模拟)某学习小组在“探究功与速度变化关系”的实验中采用了如图所示的实验装置,(2)如图所示，游标卡尺测得遮光条的宽度d_ cm.实验时，将橡皮条挂在滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为t，测滑块最后匀速运动的速度表达式为_(用字母表示),4(2014浙江衢州二中届二模)小
12、芳和小明同学利用如图所示的装置探究功与物体速度变化关系，小车在橡皮筋的作用下沿着木板滑行实验中：,(1)为了平衡小车运动中受到的阻力，应该采用下面的_方法(填“a”“b”或“c”) a逐步调节木板的倾斜程度，使静止的小车开始运动 b逐步调节木板的倾斜程度，使小车在木板上保持静止 c逐步调节木板的倾斜程度，使夹在小车后面的纸带上所打出的点间隔均匀,(2)对于橡皮筋和小车连接的问题，两位同学分别采用下图中甲、乙两种接法为能更有利于测算小车获得的速度，你认为_接法更合理些(填“甲”或“乙”),(3)按上述合理的连接方式进行实验时，下列四条纸带中哪一条是操作时可能得到的纸带(),【解析】(1)a项调节
13、的倾角太大了；b项可能调节的倾角太小；c项方法最合理且易操作；(2)橡皮筋恢复原长后应立即脱离小车，否则会影响小车运动，故乙接法正确；(3)在合理连接的情况下，小车先做加速度减小的加速运动，与橡皮筋分离后做匀速直线运动，因此只有B纸带符合 【答案】(1)c(2)乙(3)B,高考真题 5(2013福建理综)在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图甲)：,(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分，选取O、A、
14、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),6(2014天津理综)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等组装的实验装置如图所示,(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些_ (2)实验开始时，也先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行他这样做的目的是下列的哪个_(填字母代号) A避免小车在运动过程中发生抖动 B可使打点
15、计时器在纸带上打出的点迹清晰 C可以保证小车最终能够实现匀速直线运动 D可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力,(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：_.,(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些这一情况可能是下列哪些原因造成的_(填字母代号) A在接通电源的同时释放了小车 B小车释放时离打点计时器太近 C可以保证小车最终能够实现匀速直线运动 D可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力,谢谢观看！,
