实验六 探究动能定理

1、一、实验目的一、实验目的1探究外力对物体做功与物体速度的关系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正比关系二、实验原理二、实验原理1不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条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数确定对小车做功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，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，就得到若干组功和速度的数据进行若干次测量，就得到

2、若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，作出为横坐标，作出Wv曲线，分析这条曲线，可以得知曲线，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橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系三、实验器材三、实验器材 小车小车(前面带小钩前面带小钩)、100 g200 g砝码、长木板，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、两侧适当的对称位置钉两个铁钉、打点计时器及纸带、学生电源及导线学生电源及导线(使用电火花计时器不用学生电源使用电火花计时器不用学生电源)、56条等长的橡皮筋、

3、刻度尺条等长的橡皮筋、刻度尺四、实验操作四、实验操作1实验步骤实验步骤(1)按如图实按如图实61所示将实验仪器安装好，同时平衡所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力摩擦力图实图实61(2)先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小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车获得的速度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格将这一组数据记入表格(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次相同，这样橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获，测出小车获

4、得的速度得的速度v2，将数据记入表格，将数据记入表格(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橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格速度，记入表格图实图实62(2)实验数据记录实验数据记录橡皮筋橡皮筋条数条数位移位移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实验数据处理及分析观察法：当橡皮筋的条数成倍增加，即合外力做的观察法：当橡皮筋的条数成倍增加，即合外力做的功成倍增加时，观察小车的速度或速度的平方如何变功成倍增加时，观察小车的速度或速度的平方如何变化，有何变化规律化，有何变化规律图象法：在坐标纸上图象法：在坐

5、标纸上(图实图实63)画出画出Wv或或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)(4)实验结论：从图象可知做功与物体速度变化的关系为实验结论：从图象可知做功与物体速度变化的关系为Wv2.图实图实63五、注意事项五、注意事项1平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车重力沿平衡摩擦力很关键，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，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上的点的均匀程度判断小车是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角否匀速运动，找到木板一个合适的倾角2测小

6、车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是测小车速度时，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选小车做匀速运动状态的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筋做的功为单位即可，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六、误差分析六、误差分析1误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡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皮筋的拉力做功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

7、角过大没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大3利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差来误差例例1探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速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，实验装置如图实度的关系，实验装置如图实64所示，实验主要过程所示，实验主要过程如下：如下：图实图实64(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

8、Wv图象是一条直线，表明图象是一条直线，表明Wv；如果不是直线，可考虑是否存在如果不是直线，可考虑是否存在Wv2、Wv3、W 等关系等关系以下关于该实验的说法中有一项不正确，它是以下关于该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中使橡皮筋拉伸的长度保持一致当用1条橡皮筋进行实条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为验时，橡皮筋对小车做的功为W，用，用2条、条、3条条橡皮橡皮筋并在一起进行第筋并在

9、一起进行第2次、第次、第3次次实验时，橡皮筋对小实验时，橡皮筋对小车做的功分别是车做的功分别是2W、3WB小车运动中会受到阻力，补偿的方法：可以使木板适小车运动中会受到阻力，补偿的方法：可以使木板适当倾斜当倾斜.C某同学在一次实验中得到一条记录纸带纸带上打出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角太小没有使木板倾斜或倾角太小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是以纸带上第一点到最后一点

10、的距离来进行计算解析：解析：放开小车之后，小车在橡皮筋的作用下开始加放开小车之后，小车在橡皮筋的作用下开始加速运动，等到橡皮筋与小车分离之后，小车做匀速直速运动，等到橡皮筋与小车分离之后，小车做匀速直线运动本实验中测的速度是小车匀速运动的速度，线运动本实验中测的速度是小车匀速运动的速度，而不是整个过程的平均速度，因此研究纸带上打下的而不是整个过程的平均速度，因此研究纸带上打下的点一定是那些均匀分布的点点一定是那些均匀分布的点答案：答案：D例例2某同学用如图实某同学用如图实65所示的实验装置探究小车所示的实验装置探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系图中动能变化与合外力对它所做功的关系图中A为

11、小车，连为小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器接在小车后面的纸带穿过打点计时器B的限位孔，它们均的限位孔，它们均置于水平的一端带有定滑轮的足够长的木板上，置于水平的一端带有定滑轮的足够长的木板上，C为弹簧为弹簧测力计，不计绳与滑轮的摩擦实验时，先接通电源再松测力计，不计绳与滑轮的摩擦实验时，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点图实图实65(1)该同学在一条比较理想的纸带上，从点迹清楚的某点该同学在一条比较理想的纸带上，从点迹清楚的某点开始记为开始记为O点，顺次选取点，顺次选取5个点，分别测量这个点，分别测量这5个点到个点到O之之间的距离

12、，并计算出它们与间的距离，并计算出它们与O点之间的速度平方差点之间的速度平方差v2(v2v2v02)，填入下表：，填入下表：点迹点迹x/cmv2/m2s2O/11.600.0423.600.0936.000.1547.000.1859.200.23请以请以v2为纵坐标，以为纵坐标，以x为横坐标，在方格纸中作出为横坐标，在方格纸中作出v2x图象若测出小车质量为图象若测出小车质量为0.2 kg，结合图象可求得小车所，结合图象可求得小车所受合外力的大小为受合外力的大小为_N.图实图实66(2)若该同学通过计算发现小车所受合外力小于测力计若该同学通过计算发现小车所受合外力小于测力计读数，明显超出实验误

13、差的正常范围，你认为主要原读数，明显超出实验误差的正常范围，你认为主要原因是因是_，实验操作中改进的措施是，实验操作中改进的措施是_解析解析(1)根据表中数据在根据表中数据在v2x坐标系中描点，然后坐标系中描点，然后用直线连接各点，如图实用直线连接各点，如图实67所示所示图实图实67(2)当小车受到向左的阻力当小车受到向左的阻力Ff时，小车的合外力时，小车的合外力F合合FCFfFC，如果使导轨倾斜一定角度平衡了小车的摩擦阻力，小，如果使导轨倾斜一定角度平衡了小车的摩擦阻力，小车的合外力就等于测力计的读数车的合外力就等于测力计的读数FC了了答案答案(1)图象见解析图象见解析0.25(2)小车滑行

14、时所受摩擦阻小车滑行时所受摩擦阻力较大使木板倾斜一定的角度以平衡摩擦力力较大使木板倾斜一定的角度以平衡摩擦力1 1在在“探究功与物体速度变化关系探究功与物体速度变化关系”的实验中，每次选的实验中，每次选取纸带后，我们应选取纸带上的哪些点来求小车的速取纸带后，我们应选取纸带上的哪些点来求小车的速度度 ( () )A A间距均匀的间距均匀的B B间距不均匀的间距不均匀的C C间距均匀的与不均匀的都可间距均匀的与不均匀的都可D D最好是间距均匀的，若纸带上没有间距均匀的，最好是间距均匀的，若纸带上没有间距均匀的，也可用间距不均匀的也可用间距不均匀的解析：解析：橡皮筋完全恢复后不再有力对小车做功，小车

15、橡皮筋完全恢复后不再有力对小车做功，小车做匀速运动，纸带上的点间距是均匀的，故做匀速运动，纸带上的点间距是均匀的，故A对，对，B、C错；若纸带上没有间距均匀的点，说明纸带太短，错；若纸带上没有间距均匀的点，说明纸带太短，橡皮筋还没完全恢复原状纸带已完全通过打点计时器，橡皮筋还没完全恢复原状纸带已完全通过打点计时器，在这种情况下应选用更长的纸带，或者是因为摩擦力在这种情况下应选用更长的纸带，或者是因为摩擦力没被完全平衡，需重新平衡摩擦力，故没被完全平衡，需重新平衡摩擦力，故D错错答案：答案： A2在在“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”实验实验中，下列叙中，下列叙述正确的是述

16、正确的是 () 图实图实68A. 实验中所用的橡皮筋原长必须相同，粗细可以不同实验中所用的橡皮筋原长必须相同，粗细可以不同B实验时，不需要使每次实验中橡皮筋伸长的长度都实验时，不需要使每次实验中橡皮筋伸长的长度都 要相同要相同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在正确操作下，小车释放后先做匀加速运动，再做在正确操作下，小车释放后先做匀加速运动，再做匀速运动匀速运动解析：解析：橡皮筋要求完全相同，橡皮筋要求完全相同，A错；长木板应抬高后错；长木板应抬高后端，以平衡摩擦力，端，以平衡摩擦力，C错；由实验操作原理及步骤知错；由实验操作原理及步骤知D正确，正确，B错误错误答

17、案：答案： D3(2011苏州模拟苏州模拟)在探究恒力做功与物体的动能改变量的在探究恒力做功与物体的动能改变量的关系的实验中备有下列器材：关系的实验中备有下列器材：A打点计时器；打点计时器；B.天平；天平；C.秒表；秒表；D.低压交流电源；低压交流电源；E.电池；电池；F.纸带；纸带；G.细线、砝码、小车、砝码盘；细线、砝码、小车、砝码盘；H.薄木薄木板板(1)其中多余的器材是其中多余的器材是_(填对应字母填对应字母)，缺少的器材，缺少的器材是是_(2)测量时间的工具是测量时间的工具是_；测量质量的工具是；测量质量的工具是_(填对应字母填对应字母)(3)如图实如图实69是打点计时器打出的小车是

18、打点计时器打出的小车(质量为质量为m)在恒在恒力力F作用下做匀加速直线运动的纸带测量数据已用字母作用下做匀加速直线运动的纸带测量数据已用字母表示在图中，打点计时器的打点周期为表示在图中，打点计时器的打点周期为T.请分析，利用请分析，利用这些数据能否验证动能定理？若不能，请说明理由；若这些数据能否验证动能定理？若不能，请说明理由；若能，请说明出做法，并对这种做法做出评价能，请说明出做法，并对这种做法做出评价 图实图实69答案：答案：(1)C、E毫米刻度尺毫米刻度尺(2)AB(3)见解析见解析4某同学为探究某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系恒力做功与物体动能改变的关系”，设计，设计了如下实

19、验，他的操作步骤是：了如下实验，他的操作步骤是：连接好实验装置如图实连接好实验装置如图实610所示所示将质量为将质量为200 g的小车拉到打点计时器附近，并按住小的小车拉到打点计时器附近，并按住小车车在质量为在质量为10 g、30 g、50 g的三种钩码中，他挑选了一的三种钩码中，他挑选了一个质量为个质量为50 g的钩码挂在拉线的挂钩的钩码挂在拉线的挂钩P上上释放小车，打开打点计时器的电源，打出一条纸带释放小车，打开打点计时器的电源，打出一条纸带图实图实610(1)在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条经测量、计算，得到如下数据：条经测量、计

20、算，得到如下数据：第一个点到第第一个点到第N个点的距离为个点的距离为40.0 cm.打下第打下第N点时小车的速度大小为点时小车的速度大小为1.00 m/s.该同学将钩该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力，拉力对小车做的功为码的重力当作小车所受的拉力，拉力对小车做的功为_J，小车动能的增量为，小车动能的增量为_J.(2)此次实验探究结果，他没能得到此次实验探究结果，他没能得到“恒力对物体做的功恒力对物体做的功等于物体动能的增量等于物体动能的增量”，且误差很大，显然，在实验探，且误差很大，显然，在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素请你根据该同学究过程中忽视了各种产生误差的因素请你根据该同学的实

21、验装置和操作过程帮助分析一下，造成较大误差的的实验装置和操作过程帮助分析一下，造成较大误差的主要原因有：主要原因有：_.答案：答案： (1)0.1960.100(2)小车质量没有远大于钩码质量；没有平衡摩擦力；小车质量没有远大于钩码质量；没有平衡摩擦力；操作错误：先放小车后开电源操作错误：先放小车后开电源5某实验小组采用如图实某实验小组采用如图实611所示的装置来探究所示的装置来探究“功与功与速度变化的关系速度变化的关系”实验中，小车碰到制动装置时，钩实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面实验的部分步骤如下；码尚未到达地面实验的部分步骤如下；图实图实511将一块一端带有定滑轮的长木板固定

22、在桌面上，在长将一块一端带有定滑轮的长木板固定在桌面上，在长木板的另一端固定打点计时器；木板的另一端固定打点计时器；把纸带穿过打点计时器的限位孔，连在小车后端，用把纸带穿过打点计时器的限位孔，连在小车后端，用细线跨过定滑轮连接小车和钩码；细线跨过定滑轮连接小车和钩码；把小车拉到靠近打点计时器的位置，接通电源，从静把小车拉到靠近打点计时器的位置，接通电源，从静止开始释放小车，得到一条纸带；止开始释放小车，得到一条纸带；关闭电源，通过分析小车位移与速度的变化关系来研关闭电源，通过分析小车位移与速度的变化关系来研究合外力对小车所做的功与速度变化的关系究合外力对小车所做的功与速度变化的关系图实图实612是实验中得到的一条纸带，点是实验中得到的一条纸带，点O为纸带上的为纸带上的起始点，起始点，A、B、C是纸带上的三个计数点，相邻两个计是纸带上的三个计数点，相邻两个计数点间均有数点间均有4个点未画出，用刻度尺测得个点未画出，用刻度尺测得A、B、C到到O的的距离如图实距离如图实612所示，已知所用交变电源的频率为所示，已知所用交变电源的频率为50 Hz，问：，问：图实图实612(1)打打B点时刻，小车的瞬时速度点时刻，小车的瞬时速度vB_m/s.(结果结果保留两位有效数字保留两位有效数字)(2)本实验中，若钩码下落高度为本实验中，若钩码下落高度