實驗五探究動能定理(對應(yīng)學(xué)生用書第93頁)一、實驗?zāi)康?探究外力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系2通過實驗數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出做功與物體速度平方的正比關(guān)系二、實驗原理1不是直接測量對小車做功，而是通過改變橡皮筋條數(shù)確定對小車做功W、2W、3W2由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點(diǎn)計時器測出，也可以用其他方法測出這樣，進(jìn)行若干次測量，就得到若干組功和速度的數(shù)據(jù)3以橡皮筋對小車做的功為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度為橫坐標(biāo)，作出W­v曲線，分析這條曲線，可以得知橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系三、實驗器材小車(前面帶小鉤)、100 g200 g砝碼、長木板(兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘)、打點(diǎn)計時器及紙帶、學(xué)生電源及導(dǎo)線(使用電火花計時器不用學(xué)生電源)、56條規(guī)格相同的橡皮筋、刻度尺四、實驗步驟1按原理圖實圖5­1將儀器安裝好實圖5­12平衡摩擦力：在長木板有打點(diǎn)計時器的一端下面墊一塊木板，反復(fù)移動木板的位置，直至小車上不掛橡皮筋時，輕推小車，紙帶打出的點(diǎn)間距均勻，即小車能勻速運(yùn)動為止3先用1條橡皮筋做實驗，用打點(diǎn)計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1，設(shè)此時橡皮筯對小車做的功為W，將這一組數(shù)據(jù)記入表格4用2條橡皮筋做實驗，實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同，這時橡皮筋對小車做的功為2W，測出小車獲得的速度v2，將數(shù)據(jù)記入表格5用3條、4條橡皮筋做實驗，用同樣的方法測出功和速度，記入表格五、數(shù)據(jù)處理1測量小車的速度：實驗獲得如圖實­5­2所示的紙帶，為探究橡皮筋彈力做的功和小車速度的關(guān)系，需要測量彈力做功結(jié)束時小車的速度，即小車做勻速運(yùn)動的速度，應(yīng)在紙帶上測量的物理量：A1、A2間的距離s，小車速度的表達(dá)式是v(T為打點(diǎn)計時器打點(diǎn)的時間間隔)圖實­5­22記錄實驗數(shù)據(jù)：把計算出的速度填入表格中并算出v2的值3數(shù)據(jù)處理：在坐標(biāo)紙上畫出W­v或W­v2圖線(“W”以一條橡皮筋做的功為單位)4實驗結(jié)論：從圖象分析外力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系為Wv2.六、誤差分析類型產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差小車速度的測量誤差多次測量s，求平均值摩擦力做功平衡摩擦力適當(dāng)系統(tǒng)誤差橡皮筋的長度、粗細(xì)不一選規(guī)格相同的橡皮筋七、注意事頂1平衡摩擦力：將木板一端墊高，使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡方法：使小車連著紙帶并接通電源，輕推小車，由打點(diǎn)計時器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否做勻速運(yùn)動，找到長木板的一個合適的傾角2選點(diǎn)測速：測小車的速度時，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻部分的，也就是選小車做勻速運(yùn)動時的部分3橡皮筋的選擇：橡皮筋應(yīng)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先后順序：開始實驗時，小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計時器，并且要先接通電源再釋放小車5小車的選擇：小車質(zhì)量應(yīng)適當(dāng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些.(對應(yīng)學(xué)生用書第94頁)考點(diǎn)一| 實驗原理與操作為了探究功與速度變化的關(guān)系，現(xiàn)提供如圖實­5­3所示的器材，讓小車在橡皮筋的作用下彈出后沿木板滑行，請思考探究思路并回答下列問題(打點(diǎn)計時器所接交流電頻率為50 Hz)圖實­5­3(1)為了消除摩擦力的影響應(yīng)采取的措施為_.(2)當(dāng)我們分別用同樣的橡皮筋1條、2條、3條并起來進(jìn)行第1次、第2次、第3次實驗時，每次實驗中橡皮筋拉伸的長度都保持一致，我們把第1次實驗中橡皮筋對小車做的功記為W.由于橡皮筋對小車做功而使小車獲得的速度可以由打點(diǎn)計時器和紙帶測出，如圖實­5­4所示是其中四次實驗打出的部分紙帶圖實­5­4試根據(jù)以上信息，填寫下表次數(shù)1234橡皮筋對小車做的功W小車速度v/(m·s1)v2/(m2·s2)從表中數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：_.解析(1)為了消除摩擦力，應(yīng)將木板固定有打點(diǎn)計時器的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，使小車在不接橡皮筋時緩慢勻速下滑(2)由勻速運(yùn)動的速度公式v，可求出小車的速度，其中x可從題圖中讀出，分別為2.00 cm、2.83 cm、3.46 cm、4.00 cm，交流電頻率為50 Hz，故T0.02 s.次數(shù)1234橡皮筋對小車做的功W2W3W4W小車速度v/(m·s1)1.001.421.732.00v2(m2·s2)1.002.022.994.00在誤差允許的范圍內(nèi)，橡皮筋對小車做的功與小車速度的平方成正比答案見解析某學(xué)習(xí)小組做探究“合力的功和物體速度變化的關(guān)系”的實驗，圖中小車是在1條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行，這時橡皮筋對小車做的功記為W.當(dāng)用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實驗時，使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致每次實驗中小車獲得的速度由打點(diǎn)計時器所打的紙帶測出(1)除了圖中已有的實驗器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、_(填測量工具)和_(填“交流”或“直流”)電源(2)實驗中，小車會受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡掉摩擦阻力，則下面操作正確的是()A放開小車，能夠自由下滑即可B放開小車，能夠勻速下滑即可C放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可D放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可(3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動，當(dāng)小車速度最大時，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是()A橡皮筋處于原長狀態(tài)B橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)C小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處D小車已過兩個鐵釘?shù)倪B線(4)在正確操作情況下，打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用圖中紙帶的_部分進(jìn)行測量解析(1)為測量小車獲得的速度，必須用刻度尺來測量紙帶上點(diǎn)和點(diǎn)之間的距離；打點(diǎn)計時器必須使用交流電源(2)平衡摩擦力時，也要平衡掉紙帶與限位孔之間的摩擦力根據(jù)平衡狀態(tài)的特點(diǎn)，小車做勻速運(yùn)動時即平衡掉了摩擦力(3)若木板水平放置，則未平衡摩擦力小車速度最大時，也就是加速度為零的時刻，即橡皮筋對小車的拉力等于小車受到的摩擦力的時刻，此時橡皮筋處于伸長狀態(tài)，小車還未到兩個鐵釘?shù)倪B線處，B正確(4)應(yīng)該選用紙帶上小車做勻速運(yùn)動部分進(jìn)行測量，此時小車的速度最大，即GK部分答案(1)刻度尺交流(2)D(3)B(4)GK考點(diǎn)二| 數(shù)據(jù)處理與誤差分析如圖實­5­5所示，是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究“橡皮筋的功和物體速度變化的關(guān)系”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(dāng)我們用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(diǎn)計時器所打的紙帶測出圖實­5­5(1)除了圖中的已給出的實驗器材外，還需要的器材有_；(2)每次實驗得到的紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_部分進(jìn)行測量；(3)在本實驗的數(shù)據(jù)記錄表中，請將第2次、第3次實驗中橡皮筋做的功填寫在對應(yīng)的位置：橡皮筋做的功10個間隔的距離s(m)10個間隔的時間T(s)小車獲得的速度vn(m/s)小車速度的平方v(m/s)21W0.2000.220.2800.230.3000.240.4000.250.4500.2(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_.請你運(yùn)用數(shù)據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在題給的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗證理論的正確性. 【導(dǎo)學(xué)號：84370246】解析(1)根據(jù)實驗原理可知，實驗中需要刻度尺測量計數(shù)點(diǎn)之間的距離，來計算物體的速度，所以要用到刻度尺為了能讓打點(diǎn)計時器工作，必須提供交流電源故缺少刻度尺和交流電源(2)紙帶在橡皮筋的作用下做加速運(yùn)動，橡皮筋做功完畢，則速度達(dá)到最大，此時做勻速運(yùn)動，因此勻速時的速度即為該過程中的最大速度，故為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶點(diǎn)均勻部分測量(3)我們把1根橡皮筋對小車做的功作為1W，作為功的一個計量單位當(dāng)我們用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實驗時，橡皮筋的功分別是2W,3W,4W,5W.(4)根據(jù)勻速直線運(yùn)動的位移公式xvt得：v，所以：v1 m/s1 m/s，v2 m/s1.4 m/s，v3 m/s1.5 m/s，v4 m/s2 m/s，v5 m/s2.25 m/s所以，v1，v1.96，v2.25，v4，v5.06由動能定理可知，合外力做的功應(yīng)等于物體動能的變化量，所以W與v2成正比，即Wnv，根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)，應(yīng)用描點(diǎn)法作圖，圖象如圖所示：誤差允許范圍內(nèi)，圖象是經(jīng)過原點(diǎn)的直線，說明Wn與v成正比答案(1)交流電源、刻度尺(2)點(diǎn)距均勻(3)2W、3W、4W、5W(4)v圖象見解析(2018·湖州模擬)某同學(xué)利用圖甲探究力對物體做的功與物體速度的關(guān)系，得到了如下表的數(shù)據(jù)：實驗次數(shù)12345橡皮筋條數(shù)13457小車速度v/(m·s1)0.711.231.421.581.87(注：每條橡皮筋拉長的長度都一樣)甲 乙(1)設(shè)一條橡皮筋拉長到固定長度所做的功為W0，在圖乙中大致畫出橡皮筋所做的功W與小車速度v關(guān)系的圖象(2)由圖象大致可判斷出W與v的關(guān)系可能是_解析(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，橡皮筋做的功與小車獲得的速度有關(guān)，并且做功越多，小車獲得的速度越大據(jù)描點(diǎn)法可知，W與v的圖線為拋物線，如圖所示(2)由圖象大致可判斷出W與v的關(guān)系可能是Wv2.答案(1)見解析圖(2)Wv2考點(diǎn)三| 實驗拓展與創(chuàng)新視角1：實驗器材及裝置的改進(jìn)視角2：數(shù)據(jù)測量的改進(jìn)視角3：實驗方案的改進(jìn)例如：利用自由落體運(yùn)動、平拋運(yùn)動探究功和動能的關(guān)系視角4：數(shù)據(jù)處理創(chuàng)新由E­W圖象取代v2­W圖象創(chuàng)新點(diǎn)1速度測量的創(chuàng)新1(2018·河?xùn)|區(qū)模擬)某同學(xué)用如圖實­5­6甲所示的裝置做“探究合力做的功與動能改變量之間的關(guān)系”的實驗，他們將光電門固定在水平軌道上的B點(diǎn)，并用重物通過細(xì)線拉小車，然后保持小車和重物的質(zhì)量不變，通過改變小車釋放點(diǎn)到光電門的距離(s)進(jìn)行多次實驗，實驗時要求小車每次都從靜止釋放圖實­5­6(1)用游標(biāo)卡尺測出遮光條的寬度d如圖乙所示，d_ cm.(2)如果遮光條通過光電門的時間為t，小車到光電門的距離為s.該同學(xué)通過描點(diǎn)作出線性圖象來反映合力做的功與動能改變量之間的關(guān)系，則他所作的圖象關(guān)系是下列哪一個時才能符合實驗要求_As­tBs­t2Cs­t1 Ds­t2(3)下列哪些實驗操作能夠減小實驗誤差_A調(diào)整軌道的傾角，在未掛重物時使小車能在軌道上勻速運(yùn)動B必須滿足重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量C必須保證小車從靜止?fàn)顟B(tài)開始釋放解析(1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為11 mm，游標(biāo)讀數(shù)為0.05×9 mm0.45 mm，所以讀數(shù)為11 mm0.45 mm11.45 mm1.145 cm.(2)光電計時器記錄通過光電門的時間，由速度公式計算出小車通過光電門的平均速度，用該平均速度代替小車的瞬時速度，故在遮光條經(jīng)過光電門時小車的瞬間速度為v，根據(jù)動能定理有Fsmv2m2，可見s與t2成反比，即與成正比，故應(yīng)作出s­t2的關(guān)系圖象，故選項D正確(3)經(jīng)前面分析知，要使s­t2圖象為過原點(diǎn)的直線，應(yīng)保證小車初動能為零，即必須保證小車從靜止?fàn)顟B(tài)開始釋放，故選項C正確答案(1)1.145(2)D(3)C創(chuàng)新點(diǎn)2實驗方案的創(chuàng)新2(2018·東北三校聯(lián)考)某同學(xué)利用如圖實­5­7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(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)斜槽底端時下落的高度H，并根據(jù)落點(diǎn)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(jìn)行多次測量，記錄數(shù)據(jù)如下：圖實­5­7高度H(h為單位長度)h2h3h4h5h6h7h8h9h豎直位移y/cm30.015.010.07.56.05.04.33.83.3(1)在安裝斜槽時，應(yīng)注意_(2)已知斜槽傾角為，小球與斜槽之間的動摩擦因數(shù)為，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(yīng)滿足的關(guān)系式是_(3)若想利用圖象直觀得到實驗結(jié)論，最好應(yīng)以H為橫坐標(biāo)，以_為縱坐標(biāo)，描點(diǎn)作圖. 【導(dǎo)學(xué)號：84370247】解析(1)小球離開斜槽末端后要做平拋運(yùn)動，因而斜槽末端O點(diǎn)的切線要水平(2)小球從斜槽上下滑到斜槽末端時速度為v，根據(jù)動能定理有mgHmgcos mv2，小球離開O點(diǎn)后做平拋運(yùn)動，水平方向有xvt，豎直方向有ygt2，聯(lián)立解得H·.(3)由(2)可知，要利用圖象直觀得到實驗結(jié)論，圖象應(yīng)為直線，因而以H為橫坐標(biāo)，以為縱坐標(biāo)，描點(diǎn)作圖即可答案(1)使斜槽末端O點(diǎn)的切線水平(2)H·(3)創(chuàng)新點(diǎn)3數(shù)據(jù)處理及分析的創(chuàng)新3某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究動能定理如圖實­5­8所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小在水平桌面上相距50.0 cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過A、B時的速度大小，小車中可以放置砝碼圖實­5­8(1)實驗主要步驟如下：測量_和拉力傳感器的總質(zhì)量M1；把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連，正確連接所需線路將小車停在C點(diǎn)，_，小車在細(xì)線拉動下運(yùn)動，記錄細(xì)線拉力及小車通過A、B時的速度在小車中增加砝碼或減少砝碼，重復(fù)的操作(2)下列表格是他們測得的一組數(shù)據(jù)，其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，|vv|是兩個速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計算出動能變化量E，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力，W是F在A、B間所做的功表格中的E3_，W3_.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)次數(shù)M/kgvv/(m2·s2)E/JF/NW/J10.5000.760.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.2002.4201.21051.0002.841.4202.8601.430(3)根據(jù)表格，請在圖中的方格紙上作出E­W圖線解析(1)在實驗過程中拉力對小車和拉力傳感器做功使小車和拉力傳感器的動能增加，所以需要測量小車和拉力傳感器的總質(zhì)量(2)通過拉力傳感器的示數(shù)和A、B間距用WFL可計算拉力做的功(3)利用圖象法處理數(shù)據(jù)，由動能定理WMvMv，可知W與E成正比，作圖可用描點(diǎn)法，圖線如圖所示答案(1)小車釋放小車(2)0.6000.610(3)見解析圖隨堂訓(xùn)練1“探究動能定理”的實驗裝置如圖實­5­9所示，當(dāng)小車在兩條橡皮筋作用下彈出時，橡皮筋對小車做的功記為W0.當(dāng)用4條、6條、8條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、第4次實驗時，橡皮筋對小車做的功記為2W0、3W0、4W0，每次實驗中由靜止彈出的小車獲得的最大速度均可由打點(diǎn)計時器所打的紙帶測出關(guān)于該實驗，下列說法正確的是()(1) (2)圖實­5­9A每次實驗中應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出B利用每次測出的小車最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次做出W­vm、W­v、W­v、W2­vm、W3­vm的圖象，得出合力做功與物體速度變化的關(guān)系C打點(diǎn)計時器可以用直流電源供電，電壓為46 VD實驗中使用的若干根橡皮筋的原長可以不相等AB小車獲得的動能應(yīng)該等于橡皮筋對其做的功，所以小車必須從同一位置由靜止彈出故A正確；橡皮筋對小車做的功和小車獲得的動能滿足：Wmv2的關(guān)系，所以當(dāng)小車質(zhì)量一定時，W與v2成正比所以最好做W與v2的關(guān)系圖象，實驗是需要畫多個圖象找最好的，故B正確；打點(diǎn)計時器使用交流電源，故C錯誤；實驗中用到多條橡皮筋，就要求每次橡皮筋相同且被拉長的一樣多，這樣橡皮筋對小車做的功才有倍數(shù)關(guān)系，故D錯誤2某學(xué)習(xí)小組利用如圖實­5­10所示的裝置驗證動能定理圖實­5­10(1)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平，安裝好實驗器材，從圖中讀出兩光電門中心之間的距離s_cm；(2)測量擋光條的寬度d，記錄擋光條通過光電門1和2所用的時間t1和t2，并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力F，為了完成實驗，還需要直接測量的一個物理量是_；(3)該實驗是否需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量？_(填“是”或“否”)解析(1)由圖可知，s70.30 cm20.30 cm50.00 cm.(2)要應(yīng)用滑塊驗證動能定理，應(yīng)有關(guān)系式：FsM2M2，故還應(yīng)測量滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M.(3)因拉力傳感器直接測出滑塊所受的合外力，并不是用砝碼和砝碼盤的總重力代替做實驗，故沒必要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量答案(1)50.00(2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M(3)否3利用氣墊導(dǎo)軌探究彈簧的彈性勢能與形變量的關(guān)系，在氣墊導(dǎo)軌上放置一帶有遮光片的滑塊、滑塊的一端與輕彈簧貼近，彈簧另一端固定在氣墊導(dǎo)軌的一端，將一光電門P固定在氣墊導(dǎo)軌底座上適當(dāng)位置(如圖實­5­11所示)彈簧處于自然狀態(tài)時，使滑塊向左壓縮彈簧一段距離，然后由靜止釋放滑塊，與光電門相連的光電計時器可記錄遮光片通過光電門時的擋光時間，則可計算出滑塊離開彈簧后的速度大小圖實­5­11實驗步驟如下：用游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度d.在氣墊導(dǎo)軌上通過滑塊將彈簧壓縮x1，滑塊由靜止釋放由光電計時器讀出滑塊第一次通過光電門時遮光片的擋光時間t1.利用所測數(shù)據(jù)求出滑塊第一次通過光電門時的速度v和動能mv2.增大彈簧壓縮量為x2、x3、，重復(fù)實驗步驟，記錄并計算相應(yīng)的滑塊動能mv2，如下表所示彈簧壓縮量x(cm)0.51.01.52.02.53.0x2(cm2)0.251.002.254.006.259.00動能mv20.49m1.95m4.40m7.82m12.22m17.60m(1)測量遮光片的寬度時游標(biāo)卡尺示數(shù)如圖實­5­12所示，讀得d_cm；圖實­5­12(2)在下面所給的兩個坐標(biāo)系中分別作出mv2­x和mv2­x2圖象：圖實­5­13(3)由機(jī)械能守恒定律，Epmv2，根據(jù)圖象得出結(jié)論是_.解析(1)根據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則，讀出遮光片的寬度d1.0 cm0.02 cm1.02 cm.(2)根據(jù)描點(diǎn)法在坐標(biāo)系中進(jìn)行描點(diǎn)、連線，所作mv2­x和mv2­x2圖象如圖所示：(3)根據(jù)圖象得出結(jié)論是：彈性勢能的大小與形變量x的二次方成正比答案(1)1.02(2)見解析(3)彈性勢能的大小與形變量x的二次方成正比14