實驗五探究動能定理 實驗準備實驗目的 探究外力做功與物體動能改變的定量關系 實驗原理 探究功與物體動能變化的關系 可通過改變力對物體做的功 測出力對物體做不同功時物體的速度 為簡化實驗可將物體初速度設置為零 可用圖S5 1所示的裝置進行實驗 通過增加 橡皮筋的 使橡皮筋對小車做的功成倍 再通過 和紙帶來測量每次實驗后小車的末速度v 圖S5 1 實驗器材 條數(shù) 增加 打點計時器 打點計時器 紙帶 復寫紙 小車 帶小鉤 電源 導線 砝碼 5 6條等長橡皮筋 刻度尺 長木板 鐵釘?shù)?實驗過程實驗步驟1 按圖S5 1所示將實驗儀器安裝好 同時 2 先用 條橡皮筋做實驗 用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1 設此時橡皮筋對小車做的功為 將這一組數(shù)據記入表格 平衡摩擦力 1 W 3 用 條橡皮筋做實驗 實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同 這樣橡皮筋對小車做的功為 測出小車獲 得的速度v2 將數(shù)據記入表格 2 2W 4 用3條 4條 橡皮筋做實驗 用同樣的方法測出橡 皮筋對小車做的功和小車獲得的速度 記入表格 5 觀察測得數(shù)據進行估計 大致判斷兩個量可能的關系 然后以W為縱坐標 以v2 或v 為橫坐標作圖 尋找兩者的關系 實驗結論 從實驗結果看出 功W與速度v的平方成正比 即W v2 基礎檢測 1 在 探究功與物體速度變化關系 的實驗中 每次選取 紙帶后 我們應選取紙帶上的哪些點來求小車的速度 A 間距均勻的B 間距不均勻的C 間距均勻的與不均勻的都可D 最好是間距均勻的 若紙帶上沒有間距均勻的 也可用間距不均勻的答案 A 2 多選 2015年廣東揭陽一中 金山中學 廣大附中聯(lián)考 用圖S5 2所示裝置做 探究做功與物體速度變化關系 的實驗 時 重力加速度g取10m s2 下列說法正確的是 圖S5 2A 通過改變橡皮筋的條數(shù)改變拉力做功的數(shù)值B 通過改變橡皮筋的長度改變拉力做功的數(shù)值 C 通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得 的最大速度 D 通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得 的平均速度 E 該實驗操作前必須要平衡小車受到的摩擦力答案 ACE 考點1 對實驗基本原理和步驟的考查 重點歸納1 測小車速度時 紙帶上的點應選間距均勻的部分 也就是與小車勻速運動狀態(tài)對應的 2 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 3 小車質量應大一些 使紙帶上打的點多一些 典例剖析例1 多選 用如圖S5 3所示的裝置做 探究動能定理 的實驗時 下列說法正確的是 圖S5 3A 為了平衡摩擦力 實驗中可以將長木板的左端適當墊高 使小車拉著穿過打點計時器的紙帶自由下滑時能保持勻速運動 B 每次實驗中橡皮筋的規(guī)格要相同 拉伸的長度要一樣C 可以通過改變橡皮筋的條數(shù)來改變拉力做功的數(shù)值D 可以通過改變小車的質量來改變拉力做功的數(shù)值E 實驗中要先釋放小車再接通打點計時器的電源 F 通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得 的最大速度 G 通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得 的平均速度 解析 當小車拉著穿過打點計時器的紙帶做勻速運動時 沿長木板方向的重力的分力大小等于摩擦力 即在實驗中可消除摩擦力的影響 A正確 由實驗原理可知 B C正確 D錯誤 使用打點計時器時都必須先接通電源再釋放小車 E錯誤 橡皮筋拉力做的總功等于小車動能的增加 此動能應為小車獲得的最大動能 所以用打點計時器打下的紙帶測定的是小車的最大速度 F正確 G錯誤 答案 ABCF 考點練透 1 2016年重慶第一中學月考 用如圖S5 4甲所示裝置來探究功和動能變化的關系 木板上固定兩個完全相同的遮光條A B 用不可伸長的細線將木板通過兩個滑輪與彈簧測力計C相連 木板放在安裝有定滑輪和光電門的軌道D上 軌道放在水平桌面上 P為小桶 內有沙子 滑輪質量 摩擦不計 重力加速度為g 甲 乙 丙 圖S5 4 1 實驗中軌道應傾斜一定角度 這樣做的目的是 A 為了使釋放木板后 木板能勻加速下滑B 為了增大木板下滑的加速度C 可使得細線拉力做的功等于合力對木板做的功D 可使得木板在未施加拉力時能勻速下滑 2 用游標卡尺測量遮光條的寬度 如圖乙所示 則遮光條 的寬度d cm 3 實驗主要步驟如下 測量木板 遮光條的總質量M 測量兩遮光條的距離L 按甲圖正確連接器材 將木板左端與軌道左端對齊 靜止釋放木板 木板在細線拉動下運動 記錄彈簧測力計示數(shù)F及遮光條B A先后經過光電門的時間為t1 t2 則遮光條B A通過光電門的過程中木板動能的變化量 Ek 合外力對木板做功W 用字母M t1 t2 d L F表示 再小桶中增加沙子 重復 的操作 比較W Ek的大小 得出實驗結論 2 2014年天津卷 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S5 5所示 圖S5 5 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所受的合力 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答案 1 刻度尺 天平 包括砝碼 2 D 3 可在小車上加適量的砝碼 或鉤碼 4 CD 考點2 實驗數(shù)據的處理及誤差分析 重點歸納1 數(shù)據分析 1 小車速度的求法 實驗獲得如圖S5 6所示紙帶 利用紙帶上點跡均勻的一段測出兩點間的距離 如紙帶上A B兩點 圖S5 6 2 實驗數(shù)據記錄 建立上述表格 求出v2值 3 在坐標紙上分別作出W v和W v2圖線 以1條橡皮筋 做的功為單位 2 誤差分析 橡皮筋的粗細不一致 導致做的功與條數(shù)不成正比 平衡摩擦力時 木板傾角過大或過小 測量紙帶上各點之間的間距時有誤差 紙帶上的點沒有對應小車勻速運動時刻 典例剖析 例2 2015年浙江杭州聯(lián)考 為了探究功與速度變化的關系 現(xiàn)提供如圖S5 7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 打點計時器所接交流電頻率為50Hz 圖S5 7 1 為了消除摩擦力的影響應采取的措施為 2 當我們分別用同樣的橡皮筋1條 2條 3條 并起來進行第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計時器和紙帶測出 如圖S5 8所示是其中四次實驗打出的部分紙帶 圖S5 8 試根據以上信息 填寫下表 從表中數(shù)據可得出結論 解析 1 為了消除摩擦力 應將木板固定有打點計時器的一端墊起適當?shù)母叨?使小車在不接橡皮筋時緩慢勻速下滑 x可從題圖中讀出 分別為2 00cm 2 83cm 3 46cm 4 00cm 交流電頻率為50Hz 故T 0 02s 在誤差允許的范圍內 橡皮筋對小車做的功與小車速度的 平方成正比 答案 1 將木板固定有打點計時器的一端墊起適當?shù)母?度 使小車在不接橡皮筋時緩慢勻速下滑 2 在誤差允許的范圍內 橡皮筋對小車做的功與小車速度 的平方成正比 考點練透 3 2015年遼寧沈陽檢測 某實驗小組采用如圖S5 9所示的裝置探究功與速度變化的關系 小車在橡皮筋的作用下彈出后 沿木板滑行 打點計時器的工作頻率為50Hz 圖S5 9 1 實驗中木板略微傾斜 這樣做 A 是為了使釋放小車后 小車能勻加速下滑B 是為了增大小車下滑的加速度 C 可使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功D 可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運動 2 實驗中先后用同樣的橡皮筋1條 2條 3條 合并起來掛在小車的前端進行多次實驗 每次都要把小車拉到同一位置再釋放 把第1次只掛1條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為W1 第二次掛2條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功為2W1 橡皮筋對小車做功后而使小車獲得的速度可由打點計時器打出的紙帶測出 根據第四次的紙帶 如圖S5 10所示 求得小車獲得的速度為 m s 保留三位有效數(shù)字 圖S5 10 3 若根據多次測量數(shù)據畫出W v圖象 則對W與v的關系符合實際的是圖 A B C D 解析 1 使木板傾斜 小車受到的摩擦力與小車所受重力的分力大小相等 在不施加拉力時 小車在斜面上受到的合力為零 小車可以在斜面上靜止或做勻速直線運動 小車與橡皮筋連接后 小車所受到的合力等于橡皮筋的拉力 橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功 故AB錯誤 CD正確 故選CD 答案 1 CD 2 2 00 3 C 4 2015年遼寧大連期末 某同學在實驗室用如圖S5 11甲所 示的裝置來研究有關做功的問題 甲 乙 圖S5 11 1 如圖甲所示 在保持M 7m條件下 可以認為繩對小車的拉力近似等于砂和砂桶的總重力 在控制小車質量不變的情況下進行實驗 在實驗中 該同學先接通打點計時器的電源 再放開紙帶 已知交流電的頻率為50Hz 圖乙是在m 100g M 1kg情況下打出的一條紙帶 O為起點 A B C為過程中3個相鄰的計數(shù)點 相鄰的計數(shù)點之間有4個點沒有標出 有關數(shù)據如圖乙所示 則打B點時小車的動能Ek J 從開始運動到打B點時 繩的拉力對小車做的功W J 計算結果保留兩位有效數(shù)字 g取9 8m s2 2 在第 1 問中 繩的拉力對小車做的功W大于小車獲得的動能Ek 請你舉出導致這一結果的主要原因 寫出一種即可 2 若摩擦力沒有完全抵消 小車所受合外力的功還應包含摩擦力做的負功 故拉力的功大于動能的增量 若砂與砂桶的重力不滿足 遠小于小車的重力 的條件 則砂和砂桶的重力大于繩的拉力 若把砂和砂桶的重力近似為拉力 導致拉力做的功大于動能增量 2 摩擦力未完全抵消 或砂和砂桶的重力大于繩的拉力 答案 1 0 500 51