研究合外力做功和动能变化的关系

1、4.4 研究合外力做功和动能变化的关系 探究恒力做功与物体动能变化的关系，需要测量不同的力探究恒力做功与物体动能变化的关系，需要测量不同的力在不同的过程中做的功和对应的物体动能的变化量，这就需要在不同的过程中做的功和对应的物体动能的变化量，这就需要测出物体的受力、力作用的距离和这段距离上物体的初、末速测出物体的受力、力作用的距离和这段距离上物体的初、末速度以及物体的质量等物理量度以及物体的质量等物理量，其中比较难测量的是物体在各个，其中比较难测量的是物体在各个位置的速度，可借助光电门较准确地测出，也可借助纸带和打位置的速度，可借助光电门较准确地测出，也可借助纸带和打点计时器来测量点计时器来测量

2、二、实验器材二、实验器材打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平( (带有带有一套砝码一套砝码) )、刻度尺、刻度尺三、实验步骤三、实验步骤1 1用天平测出小车和小盘的质量用天平测出小车和小盘的质量M M和和m m，把数值记录下来，把数值记录下来2 2按照如图所示装置把实验器材安装好。【注意：只是不把按照如图所示装置把实验器材安装好。【注意：只是不把悬挂小盘的细线系在小车上悬挂小盘的细线系在小车上( (即不给小车加牵引力即不

3、给小车加牵引力) )】3 3平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态，这时小复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受重力在斜面方向上的分力平车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受重力在斜面方向上的分力平衡衡4 4把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点打点完成后切断电源，取下

4、纸带，在纸带点计时器在纸带上打下一系列的点打点完成后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码上标上纸带号码5 5在小盘内放入质量为在小盘内放入质量为m m的砝码，重复步骤的砝码，重复步骤4.4.在小盘内分别放入质量砝在小盘内分别放入质量砝码，再重复步骤码，再重复步骤4.4.数值都要记录在纸带上数值都要记录在纸带上( (或表格内或表格内) )6 6在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值间的距离，算出每条纸带上的加速度的值四、数据处理四、数据处理五、注意事项五、注意事项六、误差分析

5、六、误差分析例例1 1. .在利用打点计时器探究在利用打点计时器探究“物体做功与动能变化的关系物体做功与动能变化的关系”的实的实验中，如果纸带上前面几点比较密集，不够清晰，可舍去前面的比验中，如果纸带上前面几点比较密集，不够清晰，可舍去前面的比较密集的点，在后面取一段打点较为清晰的纸带，同样可以验证，较密集的点，在后面取一段打点较为清晰的纸带，同样可以验证，如图所示，取如图所示，取O O点为起始点，各点间的间距已量出并标在纸带上，点为起始点，各点间的间距已量出并标在纸带上，所用交流电的频率为所用交流电的频率为50 Hz50 Hz，重物的质量为，重物的质量为m kg.m kg.(1)(1)打打A

6、 A点时，重物下落速度为点时，重物下落速度为v vA A_，重物动能，重物动能EkA_.EkA_.(2)(2)打打F F点时，重物下落速度为点时，重物下落速度为v vF F_，重物动能，重物动能EkFEkF_(3)(3)打点计时器自打下打点计时器自打下A A点开始到打出点开始到打出F F点，重物重力做的功为点，重物重力做的功为_，动能的增加量为，动能的增加量为_(4)(4)根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重物从打点计时根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重物从打点计时器打出器打出A A点到打出点到打出F F点的过程中，得到的结论是点的过程中，得到的结论是_1.1.实验目的实验目的:

7、 :探究外力做功与物体动能变化的探究外力做功与物体动能变化的关系关系2.2.实验方法实验方法: :利用物体由静止自由下落时利用物体由静止自由下落时, ,探探究重力做功与动能的变化的关系究重力做功与动能的变化的关系. .3.3.实验器材实验器材: :电火花打点计时器电火花打点计时器 纸带纸带 重锤重锤 铁铁架台架台 夹子夹子 刻度尺刻度尺4.4.实验步骤：实验步骤：(1):(1):把打点计时器把打点计时器竖直竖直安装安装在铁架台上。在铁架台上。(2):(2):把纸带的一端固定在重把纸带的一端固定在重锤上锤上, ,另一端穿过打点计时另一端穿过打点计时器的器的限位孔限位孔, ,用手用手竖直竖直提起提

8、起纸带使重锤停靠在计时器附纸带使重锤停靠在计时器附近。近。(3):(3):接通电源接通电源, ,松开纸带松开纸带, ,让让重锤自由下落。重锤自由下落。 接交流电源打点计时器夹子重物纸带（4）重复多次，挑选点清晰的纸带）重复多次，挑选点清晰的纸带; 从某点开始依此标上从某点开始依此标上0、1、2、 3并以此测出各点到并以此测出各点到0点的距点的距 离离: h01、 h02、 h03、 h04、 h05012534ThhvA20103hABAB012534ThhvB20305选择下落过程选择下落过程A、B两点，计算出两点的高两点，计算出两点的高度差度差hAB和和A、B两点的瞬时速度两点的瞬时速度V

9、A、VB，2121AKmvE2221BKmvE22B2121AkmvmvE重力做功重力做功:WG =m g h动能的变化动能的变化: 比较比较WG 与与EK的大小的大小2122122121mvmvEEEKKk 因不需要知道动能和重力的功的因不需要知道动能和重力的功的具体数值，所以不需要测量重锤具体数值，所以不需要测量重锤m的质量的质量.6 6、实验数据参考表格：、实验数据参考表格：选择的两选择的两点的速度点的速度V/ms-1选择的两选择的两点的动能点的动能EK /J选择的两选择的两点距离点距离h /m重力做重力做功功wG动能的增动能的增加量加量EK 1V1V3EK1EK3 h03 h01mgh

10、13EK3 EK1 2V1V4EK1EK4 h04h01mgh14EK4EK1 3V2V5EK2EK5 h05h02mgh25EK5EK2012534实验结论：在实验误差允许范围内，实验结论：在实验误差允许范围内，外力做的功等于物体动能的变化。外力做的功等于物体动能的变化。即：即：W=EW=Ek k例例2 2. .质量为质量为1 kg1 kg的重物自由下落，通过打点计时器在纸带上记录下的重物自由下落，通过打点计时器在纸带上记录下运动过程，打点计时器所接电源为运动过程，打点计时器所接电源为6 V6 V、50 Hz50 Hz的交流电源，如图的交流电源，如图2 2所所示，纸带上示，纸带上O O点为重

11、物自由下落时打点的起点，选取的计数点点为重物自由下落时打点的起点，选取的计数点A A、B B、C C、D D、E E、F F、G G依次间隔一个点依次间隔一个点( (图中未画出图中未画出) )，各计数点与，各计数点与O O点的距离依点的距离依次为次为31.431.4、70.670.6、125.4125.4、195.9195.9、282.1282.1、383.8383.8、501.2501.2，单位为，单位为mmmm，重力加速度为重力加速度为9.8 m/s9.8 m/s2 2，则，则(1)(1)求出求出B B、C C、D D、E E、F F各点速度并填入下表各点速度并填入下表 计数点BCDEF速

12、度(ms1) (2)(2)求出物体下落时从求出物体下落时从O O点到图中各点过程中重力所做的功点到图中各点过程中重力所做的功. .计数点BCDEF功(J) (3)(3)适当选择坐标轴，在图适当选择坐标轴，在图3 3中作出重力做的功与速度的相关量之间的关系图中作出重力做的功与速度的相关量之间的关系图图中纵坐标表示图中纵坐标表示_，横坐标表示，横坐标表示_，由图可得重力所做，由图可得重力所做的功与的功与_成成_关系关系例例3 3、某同学做探究动能定理的实验、某同学做探究动能定理的实验, ,如图如图3 3所示所示, ,图中小车在一条橡皮筋的作图中小车在一条橡皮筋的作用下弹出用下弹出, ,沿木板滑行沿

13、木板滑行, ,这时这时, ,橡皮筋对小车做的功为橡皮筋对小车做的功为W W. .当用当用2 2条条,3,3条条实验时实验时, ,使每次实验中橡皮筋伸长使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致的长度都保持一致. .每次实验中小车获得的每次实验中小车获得的速度都由打点计时器所打的纸带测出速度都由打点计时器所打的纸带测出. .图图3 3(1)(1)除了图中已有的器材外除了图中已有的器材外, ,还需要导线、开关、还需要导线、开关、 ( (填测量工具填测量工具) )和和 电源电源( (填填“交流交流”或或“直流直流”).).(2)(2)实验中小车会受到阻力实验中小车会受到阻力, ,可以使木板适当倾斜来平衡

14、摩擦力可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力, ,需要在需要在 ( (填填“左左”或或“右右”) )侧垫高木板侧垫高木板. .(3)(3)某次所打纸带如图某次所打纸带如图4 4所示所示, ,在正确操作的情况下在正确操作的情况下, ,打在纸带上的点并不都是打在纸带上的点并不都是均匀的均匀的, ,为了测量小车获得的速度为了测量小车获得的速度, ,应选用纸带的应选用纸带的 部分进行测量部分进行测量( (根根据下面所示的纸带回答据下面所示的纸带回答) ) 刻度尺刻度尺交流交流左左 GHIJGHIJ 方案三、方案三、 探究恒力做功与动能改变的关系探究恒力做功与动能改变的关系. .原理：原理：用如图所示装置用如图

15、所示装置, ,让小车在橡皮筋让小车在橡皮筋作用下弹出作用下弹出, ,使小车获得速度后沿木板匀使小车获得速度后沿木板匀速滑行速滑行. .当用一条橡皮筋弹出时对小车做的功记为当用一条橡皮筋弹出时对小车做的功记为W W, ,则用两条、三条则用两条、三条完完全相同的橡皮筋并在一起进行第全相同的橡皮筋并在一起进行第2 2次、第次、第3 3次次实验实验, ,每次橡皮筋都拉伸到每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放时同一位置释放时, , 橡皮筋对小车做的功就是第橡皮筋对小车做的功就是第1 1次的次的2 2倍倍(2(2W W) )、3 3倍倍(3(3W W) .) .橡皮筋每次实验做的功使小车获得的速度根据打点计时器

16、打出的纸带得到橡皮筋每次实验做的功使小车获得的速度根据打点计时器打出的纸带得到. .当得出若干组功和速度的数据后当得出若干组功和速度的数据后, ,以橡皮筋对小车做的功为纵坐标以橡皮筋对小车做的功为纵坐标, ,分别以小分别以小车获得的速度车获得的速度v v、v v2 2、为横坐标、为横坐标, ,以第以第1 1次实验时的功次实验时的功W W为单位为单位, ,用描点法分别作用描点法分别作出出W Wv v、W Wv v2 2、曲线、曲线, ,分析曲线分析曲线, ,得出橡皮筋对小车做的功与小车获得速度的得出橡皮筋对小车做的功与小车获得速度的定量关系定量关系. . 步骤：步骤：1.1.安装实验装置安装实验

17、装置: :如图如图1 1所示所示. . 2.2.平衡摩擦力平衡摩擦力: :在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板, , 反复移动木板的位置反复移动木板的位置, ,直至小车上不挂橡皮筋时直至小车上不挂橡皮筋时, ,纸带打出的点间距均匀纸带打出的点间距均匀, , 即小即小 车能匀速运动为止车能匀速运动为止. . 3.3.把小车的另一端与一条橡皮筋的中点连接把小车的另一端与一条橡皮筋的中点连接, ,向后向后 拖动纸带拖动纸带, ,并并 记下此时小车的位置记下此时小车的位置. .然后接通电源然后接通电源, ,放开小车放开小车, ,将得到的纸带标号为将得到的

18、纸带标号为1. 1. 4.4.换上新纸带换上新纸带, ,橡皮筋分别采用两条、三条、四条橡皮筋分别采用两条、三条、四条,重复步骤重复步骤3,3,将纸带将纸带 标号标号2 2、3 3、44器材：木板、小车、橡皮筋、打点计时器及交流电源、纸带、刻度尺等器材：木板、小车、橡皮筋、打点计时器及交流电源、纸带、刻度尺等. . 处理数据：处理数据：1.1.以橡皮筋对小车做的功为纵坐标以橡皮筋对小车做的功为纵坐标( (以第以第1 1次实验时的功次实验时的功W W为单位为单位),),小车获得的小车获得的速度为横坐标速度为横坐标, ,作出作出W Wv v曲线曲线. .如果如果W Wv v曲线是一条直线曲线是一条直线, ,表明表明W Wv v; ;如果不是直如果不是直线线, ,可考虑是否存在下列关系可考虑是否存在下列关系: : W Wv v2 2、W Wv v3 3、2.2.根据各种草图根据各种草图, ,大致判断两个量可能是什么关系大致判断两