必修实验五 探究动能定理

必修实验五探究动能定理第1页，共49页，2023年，2月20日，星期一知识要点归纳实验目的1．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系．第2页，共49页，2023年，2月20日，星期一实验原理1．不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W、2W、3W、….第3页，共49页，2023年，2月20日，星期一2．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．第4页，共49页，2023年，2月20日，星期一3．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，作出W－v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．第5页，共49页，2023年，2月20日，星期一实验器材小车(前面带小钩)、100g～200g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(使用电火花计时器不用学生电源)、5～6条相同规格的橡皮筋、刻度尺．第6页，共49页，2023年，2月20日，星期一实验步骤1．按图5－5－1所示将实验仪器安装好．同时平衡摩擦力．图5－5－1过程分析导引第7页，共49页，2023年，2月20日，星期一2．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v1，设此时橡皮筋对小车做功为W1，将这一组数据记入表格．3．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，这样橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格．第8页，共49页，2023年，2月20日，星期一4．用3条、4条…橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度,记入表格.橡皮筋条数位移x/m时间t/s速度v/(m·s－1)速度平方v2/(m2·s－2)第9页，共49页，2023年，2月20日，星期一实验分析第10页，共49页，2023年，2月20日，星期一图5－5－2(2)数据记录：把计算出的速度填入上表中并算出v2值．第11页，共49页，2023年，2月20日，星期一(3)数据处理：在坐标纸上(如图5－5－3)画出W－v和W－v2图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位)．第12页，共49页，2023年，2月20日，星期一图5－5－3第13页，共49页，2023年，2月20日，星期一2．实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系W∝v2.第14页，共49页，2023年，2月20日，星期一误差分析1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W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差．第15页，共49页，2023年，2月20日，星期一3．利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差．第16页，共49页，2023年，2月20日，星期一注意事项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否匀速运动，找到木板一个合适的倾角．第17页，共49页，2023年，2月20日，星期一2．测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动的部分．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．第18页，共49页，2023年，2月20日，星期一实验改进本实验中物体运动速度可以使用速度传感器直接采集，比用打点计时器方便快捷且误差较小；小车受到的外力也可以用拉力传感器采集以便于直接计算出合外力做功的大小；另外可以把长木板换成气垫导轨，省略平衡摩擦力的操作步骤，达到简化实验过程的目的．第19页，共49页，2023年，2月20日，星期一实验典例探究实验原理及误差分析例1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5－5－4所示，实验主要过程如下：第20页，共49页，2023年，2月20日，星期一图5－5－4第21页，共49页，2023年，2月20日，星期一(1)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v1、v2、v3…；(3)作出W－v草图；第22页，共49页，2023年，2月20日，星期一第23页，共49页，2023年，2月20日，星期一A.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W，用2条、3条…橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W…第24页，共49页，2023年，2月20日，星期一B．小车运动中会受到阻力，补偿的方法：可以使木板适当倾斜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第25页，共49页，2023年，2月20日，星期一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纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算第26页，共49页，2023年，2月20日，星期一【解析】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点一定是那些均匀分布的点．【答案】

D第27页，共49页，2023年，2月20日，星期一实验数据的处理例2某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”．如图5－5－5所示，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到拉力的大小．在水第28页，共49页，2023年，2月20日，星期一平桌面上相距50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小，小车中可以放置砝码．第29页，共49页，2023年，2月20日，星期一图5－5－5第30页，共49页，2023年，2月20日，星期一(1)实验主要步骤如下：①测量________和拉力传感器的总质量M1；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；第31页，共49页，2023年，2月20日，星期一②将小车停在C点，________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度；③在小车中增加砝码，或________，重复②的操作．第32页，共49页，2023年，2月20日，星期一第33页，共49页，2023年，2月20日，星期一(3)根据下表，请在图5－5－6中的方格纸上作出ΔE－W图线．第34页，共49页，2023年，2月20日，星期一次数M/kgΔE/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40ΔE31.220W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.43数据记录表第35页，共49页，2023年，2月20日，星期一图5－5－6第36页，共49页，2023年，2月20日，星期一第37页，共49页，2023年，2月20日，星期一第38页，共49页，2023年，2月20日，星期一【答案】

(1)小车接通电源后释放小车改变钩码数量(2)0.600

0.610

(3)如图5－5－7图5－5－7第39页，共49页，2023年，2月20日，星期一实验创新例3第40页，共49页，2023年，2月20日，星期一感器(用来测量物体每次通过Q点的速度)．在刚开始实验时，有位同学提出，不需要测出物体质量，只要测出物体从初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的示数就行了，大家经过讨论采纳了该同学的建议．第41页，共49页，2023年，2月20日，星期一图5－5－8第42页，共49页，2023年，2月20日，星期一(1)本实验中不需要测量物体质量的理由是什么？(2)让物体分别从不同高度无初速度释放，测出物体从初始位置到速度传感器的距离L1、L2、L3、L4…,读出物体每次通过速度传感器Q的速度v1、v2、v3、v4…，并绘制了如图乙所示第43页，共49页，2023年，2月20日，星期一的L－v图象．根据绘制出的L－v图象，若为了更直观地看出L和v的变化关系，他们下一步应该作出(

)第44页，共49页，2023年，2月20日，星期一(3)本实验中,木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果？第45页，共49页，2023年，2月20日，星期一(2)由于题图乙是关于“L－v”的图象,该图象为曲线，不便于直观地看出L和v的变化关系，所以下一步应作出“L－v2”图象，应选A.第46页，共49页，2023年，2月20日，星期一