5.5 实验(1)：探究动能定理

1、第五节实验(1):探究动能定理,一、实验目的,探究力做功与物体速度变化的关系。,二、实验原理,通过改变力对物体做的功,测出力对物体做不同的功时物体速度的变化,从而得到力做功与物体速度改变的关系。,实验装置如图所示,小车在橡皮筋的作用下弹出,沿木板滑行。研究橡皮筋对小车做的功W和小车获得的速度v的关系。,三、实验器材,橡皮筋(相同的多根)、木板、小车、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺。,四、实验步骤,1.学生合作,按图所示,将器材连接好。将木板放有打点计,时器的一端垫高,让小车重力沿斜面方向的分力平衡摩擦力。,2.先用一条橡皮筋做实验,用打点计时器和纸带测出小车的速度v1,设此时橡皮筋对小车做

2、的功为W0,记入表格。,3.用两条相同的橡皮筋做实验,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2W0,测出小车的速度v2,记入表格。,4.用三条、四条橡皮筋做实验,用同样的方法测出速度,记入表格。,5.建立直角坐标系,用纵坐标表示力对物体做的功W,用横坐标表示物体的速度v或速度的平方v2,描点、连线,得出结论。,五、注意事项,1.我们用两条、三条橡皮筋进行第2次、第3次实验时,每次实验时橡皮筋伸长的长度都应保持一致。,2.计算小车匀速运动的速度时,在纸带上选择相邻距离基本相等的若干点来计算。,提升应用技巧的突破口,【例1】 某学习小组做“探究合力的功和物体速度变化关系”的实

3、验,如图甲所示,图中小车在一条橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行,这时,橡皮筋对小车做的功记为W。当用2条、3条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次实验时,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。,甲,(1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、刻度尺和电源(选填“交流”或“直流”)。,(2)若木板水平放置,小车在两条橡皮筋作用下运动,当小车速度最大,时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置,下列说法正确的是()。,A.橡皮筋处于原长状态,B.橡皮筋仍处于伸长状态,C.小车在两个铁钉的连线处,D.小车已过两个铁钉的连线,(3)在正确操作

4、情况下,打在纸带上的点并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用纸带的部分进行测量(根据如图乙所示的纸带回答)。,乙,(4)下面是本实验的数据记录表:,从理论上讲,橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn。请运用表中测定的数据在图丙所示的坐标系中作出相应的图象,验证理论的正确性。,丙,解析:(1)无论是电磁打点计时器还是电火花计时器都用交流电源。,(2)木板水平时,小车运动会受到阻力,当橡皮筋的弹力等于阻力时速度最大,此时橡皮筋还处于伸长状态,B对。,(3)木板倾斜时,小车最后匀速运动,要选点距均匀的部分求小车速度,故选GK段。,(4)根据表格数据可知,在误差允许范围内,Wn。选定

5、纵、横坐标 标度见上图,根据数据用“”标出各点,用平滑曲线(或直线)连接各点,这些点在一条直线上,故Wn。,答案:(1)交流(2)B,(3)GK(学生只要取匀速部分均正确),(4)如图,【例2】 物理学规律的发现离不开科学探究,而科学探究可以分为理论探究和实验探究。下面我们追寻科学家的研究足迹,体验用实验的方法探究恒力做功和物体动能变化间的关系。,(1)某同学的实验方案如图甲所示,他想用钩码的重力表示滑块受到的合外力,为了减小这种做法带来的实验误差,你认为在实验中还应该采取的两项措施是:,甲, ;, 。,答案: 平衡摩擦力,使钩码质量远小于滑块质量,(2)如图乙所示是某次实验中得到的一条纸带,

6、其中A、B、C、D、E,、F是计数点,相邻计数点间的距离如图乙所示,时间间隔为T,则打点计时器在打C点时滑块的瞬时速度为;要验证合外力的功与物体动能变化间的关系,除钩码质量、滑块质量、速度外,还要测出的物理量有。,乙,答案: (x2+x3)/2T位移,(3)丙、丁两位同学的实验操作均正确。丙同学根据实验数据作出了功和速度的关系图线,即Wv图,如图丙,并由此图线得出“功与速度,的平方一定成正比”的结论。丁同学根据实验数据作出了功与速度平方的关系图线,即Wv2图,如图丁,并由此也得出“功与速度的平方 一定成正比”的结论。关于丙、丁两位同学的分析,你认为()。,A.丙的分析正确,丁的分析不正确,B.丙的分析不正确,丁的分析正确,C.丙和丁的分析都正确,D.丙和丁的分析都不正确,答案: B,解析:(1)本例中实验装置与“探究加速度和力、质量的关系”实验相同,并且要求相同,即用钩码的重力表示滑块受到的合外力,所以须首先平衡摩擦力。为了减少系统误差,需要让钩码的总质量远小于滑块质量。,(2)打C点时滑块的瞬时速度等于它在B、D两点的平均速度,所以vC=。求力做的功还必须求位移。,(3)丁图中Wv2图线是过原点的直线,我们可以直接得出功与速度的 平方成正比,但由丙图我们只能得出功随速度增大而增大,无法得出功与速度的明确关