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1、实验五 探究动能定理,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利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差。,注意事项 1平衡摩擦力：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选点测速：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规格相同：橡皮筋规格相同时，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。,热点
2、一 实验原理及数据处理 【例1】 如图1所示是某研究性学习小组的同学做探究“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，橡皮筋对小车做功记为W。当用2条、3条、n条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第n次实验时，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放。小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出，图2甲为某次实验中打出的纸带。,图1 (1)除了图中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材有_。 (2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是_。 (3)每次实验得到的纸带上的点分布并不都是均匀的，为了测量小车最终获得的
3、末速度，应选用纸带的_部分进行测量。,(4)下面是本实验的数据记录及数据处理表。,从理论上讲，橡皮筋做的功Wn与物体获得的速度vn之间的关系是Wn_，请你运用表中的数据在如图乙所示的坐标系中作出相应的图象，以验证理论的正确性。,图2,答案 (1)刻度尺 (2)把木板的左端垫起适当的高度以平衡摩擦力 (3)每相邻两点之间距离相等(或点分布均匀) (4)v 图象如图所示,【变式训练】 1“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图3所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W；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2W、3
4、W、4W每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出。,图3,(1)关于该实验，下列说法正确的是_。 A打点计时器可以用干电池供电 B实验仪器安装时，可以不平衡摩擦力 C每次实验小车必须从同一位置由静止弹出 D利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次作出Wvm、Wv、Wv，W2vm、W3vm的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系。,(2)如图4所示，给出了某次实验打出的纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带，测得A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为AB1.48 cm，BC1.60 cm，CD1.62 cm，DE1.62 cm；已知相邻两点打点时间间隔为0
5、.02 s，则小车获得的最大速度vm_m/s。(结果保留两位有效数字),图4,答案 (1)CD (2)0.81,热点二 拓展创新实验 预测高考命题视角 视角1 实验器材的改进，使用拉力传感器和速度传感器 如图5所示，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s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。,图5,视角2 实验方案的改进 (1)利用自由落体运动探究功和动能的关系。 (2)研究小车以不同的初速度沿粗糙水平面滑动的距
6、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。,【例2】 某学习小组利用如图6所示的装置验证动能定理。,图6,(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离s_ cm； (2)测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间t1和t2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是_； (3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？_(填“是”或“否”)。,解析 (1)两光电门中心之间的距离s70.30 cm20.3
7、0 cm50.00 cm。 (2)由于该实验验证的是动能定理，故还需要知道滑块、挡光条和拉力传感器的总质量。(3)由于拉力可以通过拉力传感器的读数直接得到，故不需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量。 答案 (1)50.00 (2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M (3)否,【变式训练】 2如图7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：,图7,(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8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。,图8,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)。,
