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,第五章 機械能及其守恒定律,實驗五 探究動能定理,一、實驗目的 通過實驗探究外力對物體做功與物體速度的關系． 二、實驗原理 探究功與速度變化的關系，可用如實驗原理圖所示的裝置進行實驗，通過增加橡皮筋的條數(shù)使橡皮筋對小車做的功成倍增加，再通過打點計時器和紙帶來測量每次實驗后小車的末速度v，最后通過數(shù)據分析得出速度變化與功的關系． 三、實驗器材 橡皮筋、小車、木板、打點計時器、紙帶、鐵釘?shù)龋?四、實驗步驟 1．墊高木板的一端，平衡摩擦力． 2．拉伸的橡皮筋對小車做功： (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．測出每次做功后小車獲得的速度． 4．分別用各次實驗測得的v和W繪制W－v或W－v2、 W－v3……圖象，直到明確得出W和v的關系． 五、實驗結論 物體速度v與外力做功W間的關系W∝v2.,二、誤差分析 1．誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比． 2．沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大也會造成誤差． 3．利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測 量 不準 帶來 誤差．,三、注意事項 1．平衡摩擦力的方法是輕推小車，由打在紙帶上的點是否均勻判斷小車是否勻速運動． 2．測小車速度時，紙帶上的點應選均勻部分的． 3．橡皮筋應選規(guī)格一樣的．力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計算出具體數(shù)值． 4．小車質量應大一些，使紙帶上打的點多一些．,考點一 對實驗原理和注意事項的考查,考點二 實驗器材與數(shù)據的處理,(2014·高考天津卷)某同學把附有滑輪的長木板平 放在實驗桌上，將細繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運動，以此定量探究繩拉力做功與小車動能變化的關系．此外還準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊等．組裝的實驗裝置如圖所示．,考點一 對實驗原理和注意事項的考查,(1)若要完成該實驗，必需的實驗器材還有哪些___________________________． (2)實驗開始時，他先調節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行．他這樣做的目的是下列的哪個________ (填字母代號)． A．避免小車在運動過程中發(fā)生抖動 B．可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰 C．可以保證小車最終能夠實現(xiàn)勻速直線運動 D．可在平衡摩擦力后使細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，當他用多個鉤碼牽引小車時，發(fā)現(xiàn)小車運動過快，致使打出的紙帶上點數(shù)較少，難以選到合適的點計算小車速度．在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請你利用本實驗的器材提出一個解決方法： ___________________________________________________. (4)他將鉤碼重力做的功當作細繩拉力做的功，經多次實 驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些．這一情況可 能是下列哪些原因造成的________(填字母代號)． A．在接通電源的同時釋放了小車 B．小車釋放時離打點計時器太近 C．阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉 D．鉤碼做勻加速運動，鉤碼重力大于細繩拉力,可在小車上加適量的砝碼(或鉤碼),CD,[解析] (1)實驗要處理紙帶測速度，需要刻度尺，要分析動能的變化，必須要測出小車的質量，因此還需要天平． (2)實驗中調節(jié)定滑輪高度，使細繩與木板平行，可在平衡摩擦力后使細繩的拉力等于小車所受的合力，如果不平行，細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繩拉力等于小車所受的合力，D正確．,(3)在所掛鉤碼個數(shù)不變的情況下，要減小小車運 動 的 加 速度，可以增大小車的質量，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作細繩拉力做的功，發(fā)現(xiàn)拉力做的功總比小車動能的增量大，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增大小車動能，一部分用來克服阻力做功；也可能是小車做加速運動，因此細繩的拉力小于鉤碼的重力，鉤碼的重力做的功大于細繩的拉力做的功，即大于小車動能的增量，C、D項正確．,如圖所示，是某研究性學習小組做探究動能定理的實驗，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，橡皮筋對小車做的功記為 W.當我們 把2條、3條 ……完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次……實驗時，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放．小車每次實驗中獲得的速度由打點計時器所打點的紙帶測出．,考點二 實驗器材與數(shù)據的處理,(1)除了圖中的已給出的實驗器材外，還需要的器材有________________________． (2)平衡摩擦后，每次實驗得到的紙帶上的點并不都是 均 勻的，為了測量小車獲得的速度，應選用紙帶的__________部分進行測量；,刻度尺,點距均勻,(3)下面是本實驗的數(shù)據記錄表，請將第2次、第3次……實驗中橡皮筋做的功填寫在對應的位置；,2W,3W,5W,(4)從理論上講，橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關系應是Wn∝________，請你根據表中測定的數(shù)據在如圖所示的坐標系中作出相應的圖象驗證理論的正確性．,答案：,1．本實驗中雖然不需計算出橡皮筋每次做功的具體數(shù)值，但需計算出每次小車獲得的速度，由于距離的測量存在一定誤差，使得速度的大小不準確，在此可以安裝速度傳感器進行實驗． 2．本實驗也可用鉤碼牽引小車完成，在小車上安裝拉力傳感器測出拉力的大小，再測出位移的大小，進而確定力做功的多少． 3．把長木板換成氣墊導軌，省略平衡摩擦力的操作步驟，達到簡化實驗過程、提高實驗精度的目的．,(2015·東北三校聯(lián)考)某同學利用如圖所示的裝置驗證動能定理．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、復寫紙．將小球從不同的標記點由靜止釋放，記錄小球到達斜槽底端時下落的高度H，并根據落點位置測量出小球離開斜槽后的豎直位移y.改變小球在斜槽上的釋放位置，進行多次測量，記錄數(shù)據如下：,(1)在安裝斜槽時，應注意_______________________________________________．,使斜槽末端O點的切線水平,(2)已知斜槽傾角為θ，小球與斜槽之間的動摩擦因數(shù)為μ，木板與斜槽末端的水平距離為x，小球在離開斜槽后的豎直位移為y，不計小球與水平槽之間的摩擦，小球從斜槽上滑下的過程中，若動能定理成立則應滿足的關系式是 ________________． (3)若想利用圖象直觀得到實驗結論，最好應以H為橫坐標， 以________為縱坐標，描點作圖．,[點評] 本題的創(chuàng)新點：①通過改變恒力作用的距離改變對小球的做功；②利用平拋運動測量小球的速度． 若該題在實驗操作中，釋放小球的高度成倍增加，則合力對小球做功值成倍增加，從而使數(shù)據處理更簡便．,