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,第五章 機(jī)械能及其守恒定律,實(shí)驗(yàn)五 探究動(dòng)能定理,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究外力對(duì)物體做功與物體速度的關(guān)系． 二、實(shí)驗(yàn)原理 探究功與速度變化的關(guān)系，可用如實(shí)驗(yàn)原理圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)增加橡皮筋的條數(shù)使橡皮筋對(duì)小車做的功成倍增加，再通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶來(lái)測(cè)量每次實(shí)驗(yàn)后小車的末速度v，最后通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出速度變化與功的關(guān)系． 三、實(shí)驗(yàn)器材 橡皮筋、小車、木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、鐵釘?shù)龋?四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．墊高木板的一端，平衡摩擦力． 2．拉伸的橡皮筋對(duì)小車做功： (1)用一條橡皮筋拉小車——做功W. (2)用兩條橡皮筋拉小車——做功2W. (3)用三條橡皮筋拉小車——做功3W. 3．測(cè)出每次做功后小車獲得的速度． 4．分別用各次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的v和W繪制W－v或W－v2、 W－v3……圖象，直到明確得出W和v的關(guān)系． 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論 物體速度v與外力做功W間的關(guān)系W∝v2.,二、誤差分析 1．誤差的主要來(lái)源是橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)不一，使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比． 2．沒(méi)有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時(shí)傾角過(guò)大也會(huì)造成誤差． 3．利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí)，測(cè) 量 不準(zhǔn) 帶來(lái) 誤差．,三、注意事項(xiàng) 1．平衡摩擦力的方法是輕推小車，由打在紙帶上的點(diǎn)是否均勻判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng)． 2．測(cè)小車速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻部分的． 3．橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的．力對(duì)小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計(jì)算出具體數(shù)值． 4．小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些．,考點(diǎn)一 對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和注意事項(xiàng)的考查,考點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)器材與數(shù)據(jù)的處理,(2014·高考天津卷)某同學(xué)把附有滑輪的長(zhǎng)木板平 放在實(shí)驗(yàn)桌上，將細(xì)繩一端拴在小車上，另一端繞過(guò)定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，以此定量探究繩拉力做功與小車動(dòng)能變化的關(guān)系．此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊等．組裝的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．,考點(diǎn)一 對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和注意事項(xiàng)的考查,(1)若要完成該實(shí)驗(yàn)，必需的實(shí)驗(yàn)器材還有哪些___________________________． (2)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行．他這樣做的目的是下列的哪個(gè)________ (填字母代號(hào))． A．避免小車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生抖動(dòng) B．可使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡清晰 C．可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動(dòng) D．可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力,刻度尺、天平(包括砝碼),D,(3)平衡摩擦力后，當(dāng)他用多個(gè)鉤碼牽引小車時(shí)，發(fā)現(xiàn)小車運(yùn)動(dòng)過(guò)快，致使打出的紙帶上點(diǎn)數(shù)較少，難以選到合適的點(diǎn)計(jì)算小車速度．在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請(qǐng)你利用本實(shí)驗(yàn)的器材提出一個(gè)解決方法： ___________________________________________________. (4)他將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實(shí) 驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動(dòng)能增量大一些．這一情況可 能是下列哪些原因造成的________(填字母代號(hào))． A．在接通電源的同時(shí)釋放了小車 B．小車釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太近 C．阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉 D．鉤碼做勻加速運(yùn)動(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力,可在小車上加適量的砝碼(或鉤碼),CD,[解析] (1)實(shí)驗(yàn)要處理紙帶測(cè)速度，需要刻度尺，要分析動(dòng)能的變化，必須要測(cè)出小車的質(zhì)量，因此還需要天平． (2)實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)定滑輪高度，使細(xì)繩與木板平行，可在平衡摩擦力后使細(xì)繩的拉力等于小車所受的合力，如果不平行，細(xì)繩的拉力在垂直于木板的方向上就有分力，改變了摩擦力就不能使細(xì)繩拉力等于小車所受的合力，D正確．,(3)在所掛鉤碼個(gè)數(shù)不變的情況下，要減小小車運(yùn) 動(dòng) 的 加 速度，可以增大小車的質(zhì)量，即可在小車上加適量的砝碼(或鉤碼)． (4)如果用鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，發(fā)現(xiàn)拉力做的功總比小車動(dòng)能的增量大，原因可能是阻力未被完全平衡掉，因此拉力做功一部分用來(lái)增大小車動(dòng)能，一部分用來(lái)克服阻力做功；也可能是小車做加速運(yùn)動(dòng)，因此細(xì)繩的拉力小于鉤碼的重力，鉤碼的重力做的功大于細(xì)繩的拉力做的功，即大于小車動(dòng)能的增量，C、D項(xiàng)正確．,如圖所示，是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)，圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形．這時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為 W.當(dāng)我們 把2條、3條 ……完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放．小車每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打點(diǎn)的紙帶測(cè)出．,考點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)器材與數(shù)據(jù)的處理,(1)除了圖中的已給出的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要的器材有________________________． (2)平衡摩擦后，每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上的點(diǎn)并不都是 均 勻的，為了測(cè)量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的__________部分進(jìn)行測(cè)量；,刻度尺,點(diǎn)距均勻,(3)下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表，請(qǐng)將第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做的功填寫在對(duì)應(yīng)的位置；,2W,3W,5W,(4)從理論上講，橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn∝________，請(qǐng)你根據(jù)表中測(cè)定的數(shù)據(jù)在如圖所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗(yàn)證理論的正確性．,答案：,1．本實(shí)驗(yàn)中雖然不需計(jì)算出橡皮筋每次做功的具體數(shù)值，但需計(jì)算出每次小車獲得的速度，由于距離的測(cè)量存在一定誤差，使得速度的大小不準(zhǔn)確，在此可以安裝速度傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)． 2．本實(shí)驗(yàn)也可用鉤碼牽引小車完成，在小車上安裝拉力傳感器測(cè)出拉力的大小，再測(cè)出位移的大小，進(jìn)而確定力做功的多少． 3．把長(zhǎng)木板換成氣墊導(dǎo)軌，省略平衡摩擦力的操作步驟，達(dá)到簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程、提高實(shí)驗(yàn)精度的目的．,(2015·東北三校聯(lián)考)某同學(xué)利用如圖所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理．將木板豎直放置在斜槽末端的前方某一固定位置，在木板上依次固定好白紙、復(fù)寫紙．將小球從不同的標(biāo)記點(diǎn)由靜止釋放，記錄小球到達(dá)斜槽底端時(shí)下落的高度H，并根據(jù)落點(diǎn)位置測(cè)量出小球離開(kāi)斜槽后的豎直位移y.改變小球在斜槽上的釋放位置，進(jìn)行多次測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)如下：,(1)在安裝斜槽時(shí)，應(yīng)注意_______________________________________________．,使斜槽末端O點(diǎn)的切線水平,(2)已知斜槽傾角為θ，小球與斜槽之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，木板與斜槽末端的水平距離為x，小球在離開(kāi)斜槽后的豎直位移為y，不計(jì)小球與水平槽之間的摩擦，小球從斜槽上滑下的過(guò)程中，若動(dòng)能定理成立則應(yīng)滿足的關(guān)系式是 ________________． (3)若想利用圖象直觀得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論，最好應(yīng)以H為橫坐標(biāo)， 以________為縱坐標(biāo)，描點(diǎn)作圖．,[點(diǎn)評(píng)] 本題的創(chuàng)新點(diǎn)：①通過(guò)改變恒力作用的距離改變對(duì)小球的做功；②利用平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)量小球的速度． 若該題在實(shí)驗(yàn)操作中，釋放小球的高度成倍增加，則合力對(duì)小球做功值成倍增加，從而使數(shù)據(jù)處理更簡(jiǎn)便．,