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2019-2020年高中物理 實(shí)驗(yàn)手冊(cè) 第二部分 實(shí)驗(yàn)7 探究動(dòng)能定理 [實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯 1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究外力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系． 2．通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出做功與物體速度的平方的正比例關(guān)系． [實(shí)驗(yàn)原理] 探究功與速度變化的關(guān)系，可通過(guò)改變力對(duì)物體做的功，測(cè)出力對(duì)物體做不同的功時(shí)物體的速度，為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)可將物體初速度設(shè)置為零，可用圖1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. 圖1 [實(shí)驗(yàn)器材] 小車(前面帶小鉤)、100 g～200 g砝碼、長(zhǎng)木板(兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶?duì)稱位置釘兩個(gè)鐵釘)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及紙帶、學(xué)生電源及導(dǎo)線(使用電火花計(jì)時(shí)器則不用學(xué)生電源)、5～6條等長(zhǎng)的橡皮筋、刻度尺． [實(shí)驗(yàn)步驟] 1．按如圖1所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好，同時(shí)平衡摩擦力． 2．先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出小車獲得的速度v1，設(shè)此時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為W1，將這一組數(shù)據(jù)記入表格． 3．用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度與第一次相同，這時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為W2，測(cè)出小車獲得的速度v2，將數(shù)據(jù)記入表格． 4．用3條、4條……橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用同樣的方法測(cè)出功和速度，記入表格． [數(shù)據(jù)處理] 先對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，或者作個(gè)W－v草圖，大致判斷兩個(gè)量可能是什 么關(guān)系．如果認(rèn)為可能是W∝v2，對(duì)于每一個(gè)速度值算出它的二次方，然后以W為縱坐標(biāo)、v2為橫坐標(biāo)作圖，如果這樣作出來(lái)的圖象是一條直線，說(shuō)明兩者關(guān)系真的就是W∝v2. [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．利用打點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí)，測(cè)量不準(zhǔn)會(huì)帶來(lái)誤差． [注意事項(xiàng)] 1．平衡摩擦力很關(guān)鍵，將木板一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡．方法是輕推小車，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器j打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)，找到木板一個(gè)合適的傾角． 2．測(cè)小車速度時(shí)，應(yīng)選紙帶上點(diǎn)距均勻的部分，也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)打在紙帶上的點(diǎn)． 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條筋做的功為單位即可， 不必計(jì)算出具體數(shù)值．這是本實(shí)驗(yàn)的技巧之一，這里通過(guò)轉(zhuǎn)換單位的方法巧 妙地解決了這一難題，這也是物理實(shí)驗(yàn)中常用的一種思想和手段．（歷史上卡 文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)和這里相似） [問(wèn)題思考] 圖2 1．用如圖2所示的裝置做“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是 (　　) A．為了平衡摩擦力，實(shí)驗(yàn)中可以將長(zhǎng)木板的左端適當(dāng)墊高，使小車?yán)┻^(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的 紙帶自由下滑時(shí)能保持勻速運(yùn)動(dòng) B．每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的規(guī)格要相同，拉伸的長(zhǎng)度要一樣 C．可以通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)來(lái)改變拉力做功的數(shù)值 D．可以通過(guò)改變小車的質(zhì)量來(lái)改變拉力做功的數(shù)值 E．實(shí)驗(yàn)中要先釋放小車再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 F．通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的最大速度 G．通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的平均速度 圖3 2．探究力對(duì)原來(lái)靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，實(shí)驗(yàn)主要過(guò)程如下： (1)設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、 3W、…； (2)分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，求出小車的速度v1、v2、v3、…； (3)作出W－v草圖； (4)分析W－v圖象．如果W－v圖象是一條直線，表明W∝v；如果不是直線，可考慮是否存在W∝v2、W∝v3、W∝等關(guān)系．以下關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中有一項(xiàng)不正確，它是________． A．本實(shí)驗(yàn)設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、3W、….所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實(shí)驗(yàn)中使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保持一致．當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功為W，用2條、3條、…橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、…實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功分別是2W、3W、… B．小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力，補(bǔ)償?shù)姆椒梢允鼓景暹m當(dāng)傾斜 C．某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，得到一條記錄紙帶．紙帶上打出的點(diǎn)，兩端密、中間疏．出現(xiàn)這種情況的原因，可能是沒(méi)有使木板傾斜或傾角太小 D．根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn)，求小車獲得的速度的方法，是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的距離來(lái)進(jìn)行計(jì)算