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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、鐵釘等．,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，掛上適當的鉤碼，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)現小車運動過快，致使打出的紙帶上點數較少，難以選到合適的點計算小車速度．在保證所掛鉤碼數目不變的條件下，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，從而使數據處理更簡便．,