动能定理实验.ppt

实验五探究动能定理实验五探究动能定理 1通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系2通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比关通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比关系系1不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功小车做功W、2W、3W、2由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出这样，进行若干次测量，就得到若器测出，也可以用其他方法测出这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据干组功和速度的数据3以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，作出作出Wv曲线，分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车曲线，分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系获得的速度的定量关系小车小车(前面带小钩前面带小钩)、100200 g砝码、长木板，两侧适当的对称砝码、长木板，两侧适当的对称位置钉两个铁钉、打点计时器及纸带、学生电源及导线位置钉两个铁钉、打点计时器及纸带、学生电源及导线(使用电火花计使用电火花计时器不用学生电源时器不用学生电源)、56条等长的橡皮筋、刻度尺条等长的橡皮筋、刻度尺1按如图按如图1所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力图图12先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为，设此时橡皮筋对小车做的功为W1，将这一组数据记入表，将这一组数据记入表格格3用用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这样橡皮筋对小车做的功为这样橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获得的速度，测出小车获得的速度v2，将数据记入，将数据记入表格表格4用用3条、条、4条条橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格记入表格5分析数据，得出结论分析数据，得出结论图图2(2)实验数据记录实验数据记录橡皮筋条数橡皮筋条数位移位移x/m时间时间t/s速度速度v/(ms1)速度平方速度平方v2/(m2s2)(3)实验数据处理及分析：在坐标纸上实验数据处理及分析：在坐标纸上(如图如图3所示所示)，画出，画出Wv和和Wv2图线图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位以一根橡皮筋做的功为单位)图图3(4)实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系Wv2.1误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功力做功W与橡皮筋的条数不成正比与橡皮筋的条数不成正比2没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差差3利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差1平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带下的分力与摩擦阻力平衡方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角角2测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动状态的做匀速运动状态的3橡皮筋应选规格一样的力对小车做的功以一条橡皮筋做的橡皮筋应选规格一样的力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值功为单位即可，不必计算出具体数值4小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些题型一题型一实验原理及数据处理实验原理及数据处理例例1在做在做“探究动能定理探究动能定理”的实验中，小车的质量为的实验中，小车的质量为m，使用，使用橡皮筋橡皮筋6根，每次增加一根，实验中根，每次增加一根，实验中W、v、v2的数据已填在下面表格中，的数据已填在下面表格中，试在图试在图4中作出图象中作出图象.图图4Wv/(ms1)v2/(m2s2)0001.000.800.642.001.101.213.001.281.644.001.532.345.001.763.106.001.893.57解析解析将表中的数据分别描在图将表中的数据分别描在图4的甲和乙两个坐标系中，然后的甲和乙两个坐标系中，然后在图甲中用平滑曲线连接，在图乙中用倾斜直线连接，并且使尽可能在图甲中用平滑曲线连接，在图乙中用倾斜直线连接，并且使尽可能多的点分布在曲线上，或对称分布在直线两侧，如图多的点分布在曲线上，或对称分布在直线两侧，如图5中中a和和b所示所示图图5答案答案见图见图5中中a和和b.题后反思题后反思实验中用改变橡皮筋的条数来表示外力做功的改变是本实验中的实验中用改变橡皮筋的条数来表示外力做功的改变是本实验中的技巧，同时体现了图象法在探究实验中的重要性技巧，同时体现了图象法在探究实验中的重要性变式变式11(2011潍坊模拟潍坊模拟)为了探究恒力作用时的动能定理，某为了探究恒力作用时的动能定理，某同学做了如下实验，他让滑块在某一水平面上滑行，利用速度采集器同学做了如下实验，他让滑块在某一水平面上滑行，利用速度采集器获取其初速度获取其初速度v，并测量出不同初速度的最大滑行距离，并测量出不同初速度的最大滑行距离x，得到下表所，得到下表所示几组数据：示几组数据：数据组数据组123456v/(ms1)00.160.190.240.300.49x/m00.0450.0750.1110.1630.442(1)一同学根据表中数据，作出一同学根据表中数据，作出xv图象如图图象如图6甲所示观察该图甲所示观察该图象，该同学作出如下推理：根据象，该同学作出如下推理：根据xv图象大致是一条抛物线，可以猜图象大致是一条抛物线，可以猜想，想，x可能与可能与v2成正比请在图乙所示坐标纸上选择适当的坐标轴作出成正比请在图乙所示坐标纸上选择适当的坐标轴作出图线验证该同学的猜想图线验证该同学的猜想图图6(2)根据你所作的图象，你认为滑块滑行的最大距离根据你所作的图象，你认为滑块滑行的最大距离x与滑块初速与滑块初速度平方度平方v2的关系是的关系是_答案：答案：(1)如图如图7所示所示(2)xv2图图71如图如图8所示，在所示，在“探究功与物体速度变化的关系探究功与物体速度变化的关系”的实验中，的实验中，关于橡皮筋做的功，下列说法中正确的是关于橡皮筋做的功，下列说法中正确的是()图图8A橡皮筋做的功可以直接测量橡皮筋做的功可以直接测量B通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加增加C橡皮筋在小车运动的全程中始终做功橡皮筋在小车运动的全程中始终做功D把橡皮筋拉伸为原来的两倍，橡皮筋做功也增加为原来的两把橡皮筋拉伸为原来的两倍，橡皮筋做功也增加为原来的两倍倍解析：解析：橡皮筋的功等于橡皮筋所释放的弹性势能，但无法直接测橡皮筋的功等于橡皮筋所释放的弹性势能，但无法直接测量，橡皮筋的条数成倍增加，弹性势能也会成倍增加，即做功成倍增量，橡皮筋的条数成倍增加，弹性势能也会成倍增加，即做功成倍增加，但橡皮筋只是在释放弹性势能的一段时间内才做功，故加，但橡皮筋只是在释放弹性势能的一段时间内才做功，故A、C错，错，B对橡皮筋的弹性势能与形变量的平方成正比，当拉伸为原来的两对橡皮筋的弹性势能与形变量的平方成正比，当拉伸为原来的两倍时，功变为原来的倍时，功变为原来的4倍，故倍，故D错错答案：答案：B2关于探究功与物体速度变化的关系的实验中，下列叙述正确关于探究功与物体速度变化的关系的实验中，下列叙述正确的是的是()A每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C放小车的长木板应该尽量使其水平放小车的长木板应该尽量使其水平D先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出解析：解析：本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足够了，够了，A错；每次实验橡皮筋伸长的长度必须保持一致，只有这样才错；每次实验橡皮筋伸长的长度必须保持一致，只有这样才能保证以后各次实验时，橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍，能保证以后各次实验时，橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍，B错；小车运动中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，才能减小错；小车运动中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，才能减小误差，误差，C错；实验时，应该先接通电源，让打点计时器开始工作，然错；实验时，应该先接通电源，让打点计时器开始工作，然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出，后再让小车在橡皮筋的作用下弹出，D正确正确答案：答案：D3在在“探究动能定理探究动能定理”的实验中，某同学是用下面的方法和器的实验中，某同学是用下面的方法和器材进行实验的：放在长木板上的小车，由静止开始在几条完全相同的材进行实验的：放在长木板上的小车，由静止开始在几条完全相同的橡皮筋的作用下沿木板运动，小车拉动固定在它上面的纸带，纸带穿橡皮筋的作用下沿木板运动，小车拉动固定在它上面的纸带，纸带穿过打点计时器关于这一实验，下列说法中正确的是过打点计时器关于这一实验，下列说法中正确的是()A长木板要适当倾斜，以平衡小车运动中受到的阻力长木板要适当倾斜，以平衡小车运动中受到的阻力B重复实验时，虽然用到橡皮筋的条数不同，但每次应使橡皮重复实验时，虽然用到橡皮筋的条数不同，但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同筋拉伸的长度相同C利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点最密利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点最密集的部分进行计算集的部分进行计算D利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点比较利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点比较稀疏的部分进行计算稀疏的部分进行计算答案：答案：ABD4(2009广东单科广东单科)某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究究“动能定理动能定理”，如图，如图9，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小在水平桌面上相距到拉力的大小在水平桌面上相距50.0 cm的的A、B两点各安装一个速度两点各安装一个速度传感器，记录小车通过传感器，记录小车通过A、B时的速度大小小车中可以放置砝码时的速度大小小车中可以放置砝码图图9(1)实验主要步骤如下：实验主要步骤如下：测量测量_和拉力传感器的总质量和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路；拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路；将小车停在将小车停在C点，点，_，小车在细线拉动下运动，记录细，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过线拉力及小车通过A、B时的速度时的速度在小车中增加砝码，或在小车中增加砝码，或_，重复，重复的操作的操作(2)下表是他们测得的一组数据，其中下表是他们测得的一组数据，其中M是是M1与小车中砝码质量之与小车中砝码质量之和，和，|v22v12|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量能变化量E，F是拉力传感器受到的拉力，是拉力传感器受到的拉力，W是是F在在A、B间所做的间所做的功表格中的功表格中的E3_J，W3_J(结果保留三位有效结果保留三位有效数字数字)数据记录表数据记录表 次数次数M/kg|v12v22|/(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.43(3)根据上表，请在图中的方格纸上作出根据上表，请在图中的方格纸上作出EW图线图线图图10(3)图图11答案：答案：(1)小车小车 接通电源，释放小车接通电源，释放小车 减少砝码减少砝码(2)0.6000.610(3)见解析图见解析图5(2010安徽理综安徽理综)探究力对原来静止的物体做的功与物体获得探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图的速度的关系，实验装置如图12所示，实验主要过程如下：所示，实验主要过程如下：图图12(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、(2)分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度v1、v2、v3、(3)作出作出Wv草图；草图；(4)分析分析Wv图象如果图象如果Wv图象是一条直线，表明图象是一条直线，表明Wv；如果；如果不是直线，可考虑是否存在不是直线，可考虑是否存在Wv2、Wv3、W等关系以下关于该等关系以下关于该实验的说法中有一项不正确，它是实验的说法中有一项不正确，它是A本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致当用长度保持一致当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用用2条、条、3条、条、橡皮筋并在一起进行第橡皮筋并在一起进行第2次、第次、第3次、次、实验时，橡皮实验时，橡皮筋对小车做的功分别为筋对小车做的功分别为2W、3W、B小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜斜C某同学在一次实验中，得到一条记录纸带纸带上打出的点，某同学在一次实验中，得到一条记录纸带纸带上打出的点，两端密、中间疏出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾两端密、中间疏出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小角太小D根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算解析：解析：本实验的目的是探究橡皮筋做的功与物体获得速度的关系，本实验的目的是探究橡皮筋做的功与物体获得速度的关系，这个速度是指橡皮筋做功完毕时的速度，而不是整个过程的平均速度，这个速度是指橡皮筋做功完毕时的速度，而不是整个过程的平均速度，故选项故选项D错误错误答案：答案：D6某实验小组采用如图某实验小组采用如图13所示的装置探究所示的装置探究“动能定理动能定理”，图中，图中小车中可放置砝码实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地小车中可放置砝码实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器工作频率为面，打点计时器工作频率为50 Hz.图图13(1)实验的部分步骤如下：实验的部分步骤如下：在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；用细线连接小车和钩码；将小车停在打点计时器附近，将小车停在打点计时器附近，_，_，小车拖动纸带，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点，打点计时器在纸带上打下一列点，_；改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复的操作的操作(2)如图如图14是钩码质量为是钩码质量为0.03 kg、砝码质量为、砝码质量为0.02 kg时得到的一条时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点纸带，在纸带上选择起始点O及及A、B、C、D和和E五个计数点，可获得五个计数点，可获得各计数点到各计数点到O的距离的距离s及对应时刻小车的瞬时速度及对应时刻小车的瞬时速度v，请将，请将C点的测量结点的测量结果填在表果填在表1中的相应位置中的相应位置图图14表表1 纸带的结果纸带的结果测量点测量点s/cmv/(ms1)O0.000.35A1.510.40B3.200.45CD7.150.54E9.410.60(3)在小车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统，在小车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统，_做正功，做正功，_做负功做负功(4)实验小组根据实验数据绘出了下图中的图线实验小组根据实验数据绘出了下图中的图线(其中其中v2v2v02)，根据图线可获得的结论是，根据图线可获得的结论是_要验证要验证“动能定理动能定理”，还需，还需测量的物理量是摩擦力和测量的物理量是摩擦力和_图图15答案：答案：(1)接通电源接通电源 释放小车释放小车 断开开关断开开关(2)5.09(5.055.10) 0.49(0.480.50)(3)钩码的重力钩码的重力 摩擦力摩擦力(4)小车初、末速度的平方差与位移成正比小车质量小车初、末速度的平方差与位移成正比小车质量