动能DIS探究实验的解析

1、动能DIS探究实验的解析 二期课改中，教材更注重学生的探究和自主性学习的培养，教材中的DIS实验也为这种培养提供了很好的平台。在DIS实验过程中，可以锻炼学生的分析图像，探究问题能力。以下便是一个关于动能探究的DIS实验的问题和解析。光电门小车运动轨道光电门摩擦块运动传感器图1实验设计如图1，在实验中， 由于实验设计的缘故，小车在轨道上摩擦基本可以忽略不计，光电门记录的是小车从倾斜轨道上滑下时的速度（即在水平轨道上没有碰到摩擦块时的速度），运动传感器记录的是摩擦块的位移情况，还有摩擦块在运动过程中的速度变化情况。问题一：在这个实验中主要探究的是动能与速度，质量的关系。但在实验中，用研究摩擦块在

2、小车的推动下的位移和小车的速度、质量之间的关系来代替，可以吗？为什么？解析：可以，一个物体能对外界做功，我们说这个物体具有能，在实验中，我们要研究小车的动能，其实就是研究小车对摩擦块的做功情况。小车的动能就等于摩擦块克服阻力做的功即Ek=fs，在实验中，摩擦块与轨道的摩擦力始终不变，因此，动能的大小正比于摩擦块的位移，因此只要研究摩擦块在小车的推动下位移和小车的速度、质量的关系就可以知道，小车动能与其速度、质量的关系。 当两个物理量不能直接进行研究时，找个中间物理量是常用的一种方法，只要找到这两个物理量与这个中间物理量之间的关系，就能确定它们之间的关系。 图2S10实验一：在实验中，控制小车的

3、质量不变，让小车从倾斜的轨道上滑下，并推动摩擦块前进，运动传感器记录摩擦块运动过程中的位移，速度随时间的关系，如图2 。 问题二：在这个实验中，通过这么一次下滑实验，能不能研究小车速度和摩擦块的位移之间的关系？解析：能，因为在图2中，我们可以把每个时刻当作是一个初始的撞击时刻， 并能找出相应的，在这个速度下，摩擦块的位移，如：t=0.10时刻下，小车以V10的速度推动摩擦块可以使摩擦块前进的位移是S10,如图。依此类推，这样，我们就可以在图中得到质量不变的情况下，小车不同速度对应的摩擦块的位移，再将图像转化为摩擦块位移和小车速度的图像，从图像中就可以分析两者的关系了。图3图4图5 问题三：在摩

4、擦块位移和小车速度图像中，用什么方法可以分析探究出它们之间的关系， 从而得到什么实验结论？解析：因为在这个实验中研究的两个物理量之间的关系并不是线性关系，因此很难直接看出它们规律，类似这种情况下，我们可以分别作出s-v,s-v2,s-v3等关系图，如图3、图4、图5，再从中探究其关系。从s-v图像（图3）中，我们可以看到它基本上是一个二次函数（用二次函数拟和的情况下，它的误差很小），在s-v2我们可以看到它的正比关系，在s-v3图像是一根曲线，因此，在图3、4、5中，我们不难发现s-v2是一个正比关系，即s正比于v2。因此我们可以得到，物体的动能与速度的平方成正比。当然我们也可以只做s-v图像

5、，然后用不同的函数图像进行拟和，通过各拟和的误差来判断它到底是一个什么关系，结果同样可以发现用正比例函数拟和的误差最小，从而也可以得到上述的结论，这种方法比上面的更简单.在研究类似于这种不是线性关系的物理量时，上述两种方法是比较常用的，如在研究匀速圆周运动向心力F与线速度v之间的关系的时候，我们也可以用这种方法来进行探究。实验二：在实验中，控制小车的速度不变，改变小车的质量来研究小车动能与质量的关系。问题四：在实验中如何控制小车的速度，在改变小车的质量的时候会不会影响到小车的速度。解析：在实验中，由于小车与轨道基本没有摩擦，所以小车碰撞摩擦块的速度可以通过机械能守恒得到。，可以看到，小车的速度

6、与在斜面的轨道上的高度有关，与小车的质量没有关系,因此改变小车的质量不会影响到速度。只要控制好小车每次下滑的高度，就可以保持小车的速度不变。 实验中可以通过光电门看到每次下滑的速度是不是相同（因为毕竟不是绝对光滑），如果误差太大则可以及时剔出相应的数据，在下次实验中稍作调准。通过实验，在相同速度，不同的质量下，小车的位移和时间关系如图6。 问题五：根据图6中的图像和数据，哪部分表示了小车的位移。解析：在图6中，每根线表示了每次实验中小车的移位随时间的变化，最后平的一部分表示小车已经静止，因此，小车的位移便是从出发到结束的纵坐标之差。 问题六：通过实验结果，怎么能看出小车速度与摩擦块位移之间的关系？是一个什么关系？解析：根据实验数据，将图像转化为位移和质量的图像，如图7，再用各种函数图像进行反复拟和，通过误差分析，发现正比例函数的拟和误差最小，从而可以得出，摩擦块的位移和小车的质量成正比，即小车的动能与质量成正比。图7图6综合上述的两个实验即便可以得到