实验五-探究动能定理

实验五探究动能定理二、实验原理如图实-5-l所示，小车在橡皮筋的作用下弹出．沿木板滑行．当我们用2条、3条……同样的橡皮筋进行第2次、第3次……实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致．那么，第2次、第3次……实验中橡皮筋对小车做的功就是第一次的2倍、3倍……如果把第一次实验时橡皮筋的功记为W，以后各次的功就是2W、3W……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．这样进行假设干次测量，就得到假设干组功和速度的数据．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，以第一次实验时的功w为单位．作出W-V曲线,即功-速度曲线．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或作出W-V2图象,指出W与V2的关系,进而找出功与动能变化之间的关系．三、实验器材小车(前面带小钩)、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(使用电火花计时器不用学生电源)、5～6条等长的橡皮筋、刻度尺．四、实验步骤及数据处理1．按图实-5-1所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力．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速度V1，设此时橡皮筋对小车做的功为W1，将这一组数据记入表格．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，这时橡皮筋对小车做的功为W2,测出小车获得的速度V2．将数据记人表格．4．用3条、4条……橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记人表格.5．分析数据，得出结论(1)测量小车的速度：实验获得如图实-5-2所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做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，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量是A1、A2间的距离s，小车速度的表达式是v=s/T=手(T为打点计时器的时间间隔)。(2)实验数据记录(3)实验数据处理及分析：在坐标纸上(图实-5-3)画出W-V和W-V2图线(“W〞以一根橡皮筋做的功为单位)．(4)实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系为W∝V2五、考前须知1．平衡摩擦力：实验中的小车不可防止地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们研究的是橡皮筋做的功与物体速度的关系，应设法排除摩擦力的影响，可采用将木板一端垫高的方法来实现．将木板一端垫高，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就能消除摩擦力的影响．判断已平衡掉摩擦力的方法是：轻推一下小车，观察小车不受其他力时能在木板上做匀速运动．2．打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度，因为这一段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形．3．本实验并不需要测量橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只是测出以后各次实验橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍，这样做可以大大简化操作．六、误差分析1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力与橡皮筋的条数不成正比．2．平衡摩擦力不彻底或平衡过了也会造成误差．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．练习：1.(2023牛济南模拟)在用图实-5-4所示装置做“探究动能定理〞的实验时，以下说法正确的选项是()A．通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值B．通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值C．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度D．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度【解析】此题主要考查本实验的实验原理，考查考生的理解能力．实验中通过增加橡皮筋的条数，使橡皮筋对小车做的功成倍增加，故A正确，B错误．小车的速度对应的是橡皮筋对小车做功完毕后的情形，故C正确，D错误．【答案】AC2．在“探究动能定理〞的实验中，假设画出W-V的图象，应为图实-5-9中的哪个图()答案：B3．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一套如图实-5-11所示的装置，另外他们还找到打点计时器所用的学生电源一台、导线、复写纸、纸带、滑块、小沙桶、细沙假设干．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小沙桶，滑块处于静止状态．(1)本实验还需要的实验器材有(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小根本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是，实验时首先要做的步骤是(3)在(2)的根底上，某同学用天平称出滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量m．让沙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V1和V2(V1<V2)．那么对滑块，本实验最终要验证的数学表达式为(用题中的字母表示)．答案：(1)天平刻度尺(2)沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力(3)4．为了“探究动能定理〞，查资料得知，弹簧的弹性势能，其中K是弹簧的劲度系数，X是弹簧长度的变化量．某同学就设想用压缩的弹簧推静止的小球(质量为m)运动来探究这一问题．为了研究方便，把小铁球o放在水平桌面上做实验．让小铁球o在弹力作用下运动，即只有弹簧推力做功．该同学设计实验如下：首先进行如图实-5-12甲所示的实验：将轻质弹簧竖直挂起来，在弹簧的另一端挂上小铁塔o，静止时测得弹簧的伸长量为d．在此步骤中，目的是要确定物理量，用m、d、g表示为．接着进行如图实-5-12乙所示的实验：将这根弹簧水平放在桌面上．一端固定，另一端被小铁球o压缩，测得压缩量为x，释放弹簧后，小铁球o被推出去，从高为h的水平桌面上抛出，小铁球o在空中运动的水平距离为L．小铁球o的初动能Ek1=小铁球o的末动能Ek2=．(用m、h、L、g表示)弹簧对小铁球o做的功W=．(用m、x、d、g表示)比照W和Ek2—Ek1，就可以得出“外力做功与物体动能变化的关系〞，即在实验误差允许范围内，外力所做的功等于物体动能的变化．5.(2023年宿迁模拟)为了探究力对物体做功与物体速度变化的关系，现提供如图实-5-5所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，请思考探究思路并答复以下问题(打点计时器交流电频率为50Hz)：(1)为了消除摩擦力的影响应采取什么措施?(2)当我们分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条……并起来进行第1次、第2次、第3次……实验时，每次实验中橡皮筋控仲的长度应都保持一致，我们把第1次实验时橡皮筋对小车做的功记为w．(3)由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出，如图实一5-6所示是其中四次实验打出的局部纸带．(4)试根据第(2)、(3)项中的信息，填写下表．从表中数据可得出结论：6．〔2023广东物理16〕某实验小组采用图1-1所示的装置探究“动能定理〞，图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点针时器工作频率为50Hz.〔1〕实验的局部步骤如下：①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；②将小车停在打点计时器附近，，，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点，；③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作。〔2〕图1-2是钩码质量为0.03kg，砝码质量为0.02kg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，可获得各计数点到0的距离5及对应时刻小车的瞬时速度v，请将C点的测量结果填在表1中的相应位置.图1—2〔3〕在上车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统，做正功，做负功.〔4〕实验小组根据实验数据绘出了图13中的图线〔其中Δv2=v2-v20〕,根据图线可获得的结论是.要验证“动能定理〞，还需要测量的物理量是摩擦力和纸带的测量结果测量点s/cmv/〔m·s—1〕OABC_______________DE6.答案：〔1〕②接通打点计时器电源释放小车关闭打点计时器电源〔2〕5.05-5.100.48-0.50〔答案在此范围内都可〕〔3〕钩码的重力小车所受的摩擦阻力〔4〕小车初、末速度的平方差与位移成正比小车的质量【解析】与“验证机械能守恒定律〞实验类似，应先接通电源让打点计时器正常工作后释放小车，注意到O点对应刻度为，故C点位移读数应该为，末位“6〞为估读数字，利用“匀变速直线运动，中间时刻瞬时速度等于全程平均速度〞这一推论可求出C点时刻对应的小车速度，，钩码重力对系统做正功，小车所受摩擦阻力做负功，根据实验数据作出的图线为倾斜的过原点直线，说明小车初、末速度的平方差与位移成正比，动能定理内容是“合外力做功等于内能增量〞，本实验应得到，所以还必须要测量出摩擦力f与小车质量M.7．〔2023安徽理综，21，6分〕探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，试验装置如下图，试验主要过程如下：〔1〕设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W…〔2〕分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度、、、…;〔3〕做出W-v草图；〔4〕分析W-v图像。如果W-v图像是一条直线，说明W∝v；如果不是直线，可考虑是否存在W∝、W∝、W∝等关系。以下关于该实验的说法中有一项不正确，它是。A本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W…。所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用1条橡皮筋进行实验室，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条、…..橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、….实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W…。B小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜。[来源:学*科*网Z*X*X*K]C某同学在一次实验中，得到一条记录纸带。纸带上打出的点，两端密、中间疏。出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小。D根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算。7．答案：=1\*ROMANI．23.0mA，0.57V，320Ω=2\*ROMANII．〔1〕3，0.6，1，0～10。〔2〕电压表的分流=3\*ROMANIII答案：D。图128．〔2023广东物理，15，10分〕某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理〞，如图12，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。在水平桌面上相距的A、B两点各安装一个速度传感器记录小车通过A、B时的速度大小。小车中可以放置砝码。图12〔1〕实验主要步骤如下：①测量________和拉力传感器的总质量M1;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；②将小车停在C点，__________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度。③在小车中增加砝码，或_______________，重复②的操作。〔2〕表1是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量m之和，|v22－v21|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△E，F是拉力传感器受到的拉力