第四讲　实验五：探究动能定理

1、第四讲实验五：探究动能定理第四讲实验五：探究动能定理1通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系通过实验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探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体的速度，为简化实验可将物体初速度设置为出力对物体做不同功时物体的速度，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用下图所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对零，可用下图所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮

2、筋对小车做的功成倍增加，再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车小车做的功成倍增加，再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度的末速度小车小车(前面带小钩前面带小钩)、100 g200 g砝码、长木板、两侧适当的对称砝码、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(使用电火花计时使用电火花计时器不用学生电源器不用学生电源)、56条等长的橡皮筋、刻度尺条等长的橡皮筋、刻度尺一、实验步骤一、实验步骤1按下图组装好实验仪器，由于小车在运动中会受到阻力，把木按下图组装好实验仪器，由于小车在运动中会受到阻力，把木板装有

3、打点计时器的一端用薄木块略微垫高，平衡摩擦力板装有打点计时器的一端用薄木块略微垫高，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速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为，设此时橡皮筋对小车做的功为W1，将这一组数据记入表格，将这一组数据记入表格3用用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，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这样橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获得的速度，测出小车获得的速度v2，将数据记入表，将数据记入表格格4用用3条、条、4条条橡皮筋做实验，用同

4、样的方法测出功和速度，橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格记入表格.橡皮筋条数橡皮筋条数力对车做力对车做的功的功位移位移xm时间时间t/s速度速度v/(ms1)速度平方速度平方v2/(m2s2)1W22W33W44W54W66W二、数据获得及分析二、数据获得及分析6实验数据处理及分析实验数据处理及分析在坐标纸上画出在坐标纸上画出Wv和和Wv2图线图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单以一根橡皮筋做的功为单位位)7实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系Wv2.1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平衡摩擦力很关键，将木板一端

5、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为单位即可，不必计算出具体数值1误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不

6、一，使橡皮筋的拉力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做功W与橡皮筋的条数不成正比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，测量不准带来误差利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差用如图所示的装置，探究功与物体速度变化的关系实验时，先适用如图所示的装置，探究功与物体速度变化的关系实验时，先适当垫高木板，然后由静止释放小车，小车在橡皮条弹力的作用下被弹出，当垫高木板，然后由静止释放小车，小车在橡皮条弹力的作用下被弹出，沿木板滑行，小车滑行过程中

7、带动通过打点计时器的纸带记录其运动情沿木板滑行，小车滑行过程中带动通过打点计时器的纸带记录其运动情况观察发现纸带前面部分点迹疏密不均，后面部分点迹比较均匀，回况观察发现纸带前面部分点迹疏密不均，后面部分点迹比较均匀，回答下列问题：答下列问题：(1)适当垫高木板是为了适当垫高木板是为了_；(2)通过纸带求小车速度时应使用纸带的通过纸带求小车速度时应使用纸带的_(选填选填“全部全部”、“前面部分前面部分”或或“后面部分后面部分”)(3)若实验做了若实验做了n次，所用橡皮条分别为次，所用橡皮条分别为1根、根、2根、根、n根，通过根，通过纸带求出小车的速度分别为纸带求出小车的速度分别为v1、v2、vn

8、，用，用W表示橡皮条对小车所表示橡皮条对小车所做的功，作出的做的功，作出的Wv2图线是一条过坐标原点的直线，这说明图线是一条过坐标原点的直线，这说明W与与v的关的关系是系是_解析：解析：(1)平衡摩擦力：将木板放有打点计时器的一端垫高，小平衡摩擦力：将木板放有打点计时器的一端垫高，小车不连橡皮条，尾部固定一纸带，轻推小车使小车沿木板向下运动，如车不连橡皮条，尾部固定一纸带，轻推小车使小车沿木板向下运动，如果纸带上打出的点间距是均匀的，说明纸带的运动是匀速直线运动，小果纸带上打出的点间距是均匀的，说明纸带的运动是匀速直线运动，小车重力沿斜面方向的分力刚好平衡了小车所受的摩擦力车重力沿斜面方向的分

9、力刚好平衡了小车所受的摩擦力(2)通过纸带求通过纸带求小车速度时应使用纸带的后面部分小车速度时应使用纸带的后面部分(3)作出的作出的Wv2图线是一条过坐标图线是一条过坐标原点的直线，这说明原点的直线，这说明W与与v的关系是的关系是W与速度与速度v的平方成正比的平方成正比答案：答案：(1)平衡摩擦力平衡摩擦力(2)后面部分后面部分(3)W与速度与速度v的平方成正比的平方成正比某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理动能定理”如如图所示，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

10、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平桌面上相距50.0 cm的的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通两点各安装一个速度传感器，记录小车通过过A、B时的速度大小，小车中可以放置砝码时的速度大小，小车中可以放置砝码(1)实验主要步骤如下：实验主要步骤如下：测量测量_和拉力传感器的总质量和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在；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；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；将小车停在将小车停在C点，

11、点，_，小车在细线拉动下运动，记录细线，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过拉力及小车通过A、B时的速度时的速度在小车中增加砝码，或在小车中增加砝码，或_，重复，重复的操作的操作(2)表格是他们测得的一组数据，其中表格是他们测得的一组数据，其中M是是M1与小车中砝码质量之与小车中砝码质量之和，和，|v22v12|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动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能变化量E，F是拉力传感器受到的拉力，是拉力传感器受到的拉力，W是是F在在A、B间所做的间所做的功表格中的功表格中的E3_，W3_.(结果保留三位有效数字结果保留三位有效

12、数字)数据记录表数据记录表次数次数M/kg|v22v12|/(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.43(3)根据表格，请在图中的方格纸上作出根据表格，请在图中的方格纸上作出EW图线图线答案：答案：(1)小车小车释放小车释放小车减少砝码减少砝码(2)0.600 J0.610 J(3)见解析见解析某同学用如图所示的实验装置探究小车动能变化与合外力对它所某同学用如图所示的实验装置探究

13、小车动能变化与合外力对它所做功的关系图中做功的关系图中A为小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器为小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B的的限位孔，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上，限位孔，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上，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，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带上，依次选取该同学在一条比较理想的纸带上，依次选取0、1、2、3、4、5共六个计数点，分别测量后共六个计数点，分别测

14、量后5个计数点与计数点个计数点与计数点0之间的距离，并计算出之间的距离，并计算出它们与它们与0点之间的速度平方差点之间的速度平方差v2(v2v2v02)，填入下表：，填入下表：计数点计数点x/cmv2/(m2s2)0/11.600.0423.600.0936.000.1547.000.1959.200.23请以请以v2为纵坐标，以为纵坐标，以x为横坐标在方格纸中作出为横坐标在方格纸中作出v2x图象若测图象若测出小车质量为出小车质量为0.2 kg，结合图象可求得小车所受合外力的大小为，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合外力小于测力计读数，明显超该同学通过计算发现小车所受合外力小于测力计读数，明显超出实验误差的正常范围你认为主要原因是出实验误差的正常范围你认为主要原因是_，实验操，实验操作