实验：探究动能定理真胶印版

1、实验：探究动能定理真胶印版功和能机械能及其守恒定律第6课时实验：探究动能定理制作人：窦乐江审核：高三物理备课组编号：341011使丿时间：2013-9-16【实验冃的】1. 2. 【实验原理】1. 测量对小车做功，而是通过改变确定对小车做功w、2w、3w,2. 由于橡皮筋做功而使小车获得的速度对以由测出，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，作岀w-v曲线，分析 这条曲线，町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.【实验器材】小车（前面带小钩）、100 g200 g狀码、长木板，两侧适当

2、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（使用电火花计吋器不用学生电源）、56条等长的橡皮 筋、刻度尺.【实验步骤】1. 按图中所示将实验仪器安装好.2. 平衡摩擦力：在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木块，反复移动木板的位置，直至小车上不挂橡皮筋时，纸带打出的点间距均匀，即小车能匀速运动为止.3. 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vl,设此时橡皮 筋对小车做的功为w,将这一组数据记入表格.4. 用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与笫一次和同，这时橡皮筋对小车 做的功为2 w,测出小车获得的速度v2,将数据记入表格.5. 用3条、4条”,，

3、橡皮筋做实验，用冋样的方法测出功和速度，记入表格.6. 测量小午的速度：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x速运动的速度，应在纸带上测量的物理量是：al、a2间的距离x,小车速度的表达式 是v（t为打点计t时器打点的时间间隔）.&实验数据处理及分析2在坐标纸上画出w-v和w-v图线（“w”以一条橡皮筋做的功为单位）.29.实验结论：山图象可知外力刈物体做功与物体速度变化的关系为w-v.【误差分析】1. 误差的主要來源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做的功w与橡皮筋的 条数不成正比.2. 没冇完全平衡摩擦力

4、（倾角小）或平衡摩擦力过度（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，测量不准带來误差【注意事项】1. 平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车的重力沿斜而向下的分力与摩擦阻力 平衡.方法是：.2. 测小车速度时，纸带上的点应选，也就是选小车做状态的.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.a azov (或q?)橡皮締便移n-th条数x/m«/b s"1)迷度平方 /(m* - s'1)4. 小午质量应，使纸带上打的点多一些.【典例剖析】考向一、实验原理的理解【例1】“探究动能定理”的实验

5、装置如图实一5 4所示，当小车在两条橡皮筋作用下 弹岀时，橡皮筋对小车做的功记为w0,当用4条、6条、8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人速度可由打点计时器所打的纸带测出。(1) 关于该实验，下列说法正确的是()a. 打点计时雅可以用直流电源供电，电压为46 vb. 实验中使用的若干根橡皮筋的原长对以不相等c. 每次实验中应使小车从同一位置由静止弹岀232d.利用每次测出的小车最人速度vm和橡皮筋做的功w,依次作出wvm、w-vm. w vm> wvm>3w-v

6、m的图象，得岀合力做功与物体速度变化的关系(2) 如图，给出了某次在止确操作情况下打出的纸带，从中截取了测量物体最人速度所 用的一段纸带，测得0点到a、b、c、d、e各点的距离分别为0a=5. 65 cm, 0b=7. 12 cm, 0c=8. 78 cm, 0d=10. 40 cm, oe=11. 91 cm。la知相邻两点打点时间间隔为0.02 s,贝i小车获得的最大速度vm= m/so【变式】测量滑块在运动过程中所受的合外力是“探究动能定理”实验要解决一个重要 问题.为此，某同学设计了如下实验方案：a. 实验装置如图所示,一端系在滑块上的细绳通过转轴光滑的轻质滑轮挂上钩码，用垫块将长木板

7、固定有定滑轮的一端垫起.调整长木板的倾角，直至轻推滑块后，滑块沿长木板向下做匀速直线运动；b. 保持长木板的倾角不变，取f细绳和钩码，让滑块沿长木板向卜做匀加速肓线运动.请冋答下列问题:(1) 滑块做匀速直线运动时，打点计时器在纸带上所打出点的分布应该是；(2) 滑块在匀加速下滑过程中所受的合外力人小钩码的垂力人小(选填“人于”、“等 于”或“小于”);(3) 假设钩码质量为m,滑块匀加速下滑的加速度为a,重力加速度为g,不计纸带与打点计 时器间的阻力，滑块的质量m二.考向二、数据处理与谋差分析【例2】为了探究力对物体做功与物体速度变化的关系，现提供如下图所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下弹出

8、后，沿木板滑行，请思考探究思路并回答问题(打点计时器所用交流电频率为50 hz)：(1) 为了消除摩擦力的影响应采取什么措施？(2) 图(乙)是钩码质量为0. 03 kg,小车中所载舷码质量 为0. 02 kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点0及a、b、c、d和e五个计数点,下表中已测量出各计数点到0的1® 离以及各计数点的瞬时速度v,请将计数点0到()的距离和打 下c点时小车瞬时速度的值补充在表格中相应的位置.x/cmv/m 昇00.000 . 35a1.510. 40b3.200. 15cd7. 150.54e9. 110.60a b c d e运动方向钩码（甲）纸带运动方向

9、n |前片1川曲卩晌川|血岬"i川1川卩川阴i岬"i川啊|皿|血卩山啊"屮1晌11|ocml 2345678910 1112（乙）（3）实验小组根据2实验数据绘出了图（丙）中的速度平方的变化与位移的图线（其中av二错误！未找到引用 源。-错误！未找到引用源。）.根据该图线的分析，你获得的结论是：.要验证“动能定 理”，述需测量的物理量是若实验吋交变电流的频率小于50 hz.但该同学并不知道，那么 实验测得的小车速度的测量值比实际值（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）.【变式】在"探究恒力做功与动能改变的关系”的实验中，某实验小组采用如图所示的 装置。实验

10、步骤如下：（1）把纸带的一端固定在小车的后面，另一端穿过打点计时器；（2）改变长木板的倾角，以重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力;（3）用细线将长木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的砂桶相连；（4）接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计吋器就在纸带上打下一系列的 点；（5）测出x、xl、x2（如图），已知电磁打点计时器的打点周期为t,贝i：判断重力的-个分力是否已与小车及纸带受到的摩擦力平衡的直接证据是o木实验还需直接测量的物理量是o （用文字说明并用相应的符号表示）探究结果的表达式是o （用相应的符号表示）考向三、创新拓展【例3某同学用如图实所示的实验装置探究小车动能变化与合力对

11、它所做功的关系。图小a为小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计吋器b的限位孔，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮足够长的木板上，c为弹簧测力计，不计绳与滑轮的摩擦。实验时，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点。（1）该同学在一条比较理想的纸帯上，从点迹淸楚的某点开始记为0点，顺次选取5个点，分别测量这5个点到0之间的距离，并计算出它们与0点之计数点x/ceav7(m£-s)0/1l600.0421600. 0936.000.1547> 000.1959+20a 232222纸带/c0?打点计时器滑块细线 滑轮纸带m长木板水平实验台小沙桶st2请以av2为纵坐标、以

12、x为横坐标在方格纸中作li! av2-x图象.若测出小车质量为 0.2 kg,结合图象可求得小车所受合外力的大小为n.(2) 该同学通过计算发现小车所受介外力小于测力计读数，明显超出实验误差的止常范围.你认为主要原因是,实验操作屮改进的措施是【变式】某探究学习小组的同学欲验证动能定理，他们在实验室组装了套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导 线、复写纸、纸带、小木块、细沙.当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮 挂一空的砂桶时，释放砂桶，滑块处于静止状态.若你是小组中的一位成 员，要完成该项实验.(1)你认为还需要的实验器材有实验时为了保证滑块受到的介力与砂桶的总重力大小基本

13、相等，细沙和砂桶的总质 量应满足的实验条件是，实验时首先耍做的步骤是(3) 在(2)的基础上，某同学用天平称量滑块的质量为l往砂桶中装入适量的细沙，用天 平称出此时细沙和砂桶的总质量为m.让砂桶带动滑块加速运动.用打点计时器记录其运动 情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距l和这两点的速度大小vl 与v2(vl<v2).则本实验最终要验证的数学表达式为.(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)【达标测试】31. 某实验小组想测量木板对木块的摩擦力所做的功。装置如图实甲，一木块放在粗糙的水平长木板上，右侧拴有一细线，跨过i古i定在木板边缘的滑轮与重物连接，木块左侧与穿过打

14、点计时器的纸带相连，长木板固定在水平实验台上。实验时，木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右做匀减速运动，如图乙给岀了重物落地后打点计时器打出的纸带，纸帯上的小黑点是计数点，每相邻两计数点间还有4个点(图屮未标出)，计数点间的距离如图所示。打点计时器所川交流 电频率为50 iiz,不计纸带与木块间的拉力。可以判断纸带的(填“左端”或“右端”)与木块连接。根据纸带提供的数据计算打点计时器在打下a点和b点时木块的速度va=m/s, vb=m/s。(结果保留两位有效数字)(2) 要测量在ab段木板对木块的摩擦力所做的功wab,还需要的实验器材是,述应测量的物理量是。(填入所选实验器材和物

15、理量前的字 母)a. 木板的长度l b.木块的质量ml c.木板的质量m2 d.重物的质量m3 e.木块运动 的时间t f. ab段的距离x/b g.天平ii.秒表i.弹簧测力计(3) 在ab段木板対木块的摩擦力所做的功的关系式wab=。用va、vb和第(2)问中测得的物理量的字母表示2. 如图所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验小，关于橡皮筋做的功，下列说法中止确的是()a.橡皮筋做的功可以逬接测量b. 通过增加橡皮筋的条数町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3. （2013届杨陵检测）

16、某实验小组采用如图甲所示的装置来探究“功与速度变化的关系”.实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地而.实验的部分步骤如f： 将一块一端带有定滑轮的长木板固定在桌面上，在长木板的另一端固定打点计时器； 把纸带穿过打点计时器的限位孔，连在小车后端，用细线跨过定滑轮连接小车和钩码； 把小车拉到靠近打点计时器的位置，接通电源，从静止开始释放小车，得到一条纸-hp帀； 关闭电源，通过分析小车位移与速度的变化关系來研究合外力对小车所做的功与速度 变化的关系.4. 如图所示是实验中得到的一条纸带，点0为纸带上的起始点，a、b、c是纸带上的三个计数点，相邻两个计数点间均有4个点未画出，用刻度尺测得a、b、c到0的距离如图所示，已知所用交变电源的频率为50 hz,问：（1）打b点时刻，小车的瞬时速度vb=m/s.（结果保留两位有效数字）（2）本实验中，若钩码下落高度为hl时合外力对小车所做的功为w1,则当钩码下落h2时，介外力对小