物理人教总复习机械能实验五

实验五

探究动能定理【实验过程】1.按实验原理图将仪器安装好。2.平衡摩擦力。3.拉伸的橡皮筋对小车做功：(1)用1条橡皮筋拉小车——做功W；(2)用2条橡皮筋拉小车——做功2W；(3)用3条、4条…橡皮筋拉小车——做功3W、4W…【数据处理】1.求速度：实验获得如图所示纸带，利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离，如纸带上A、C两点间的距离x，则v=(其中T为打点周期)。2.记数据：计算W、2W、3W、…时对应v、v2的数值，填入表格。

WvnW2W3W4W5Wvv23.作图象：在坐标纸上分别作出W-v和W-v2图线，从中找出功与速度变化的关系。4.得结论：从图象分析外力对物体做功与物体速度变化的关系为W∝v2。【误差分析】1.误差的主要来源是橡皮筋的长度不同、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。3.利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来的误差。【注意事项】1.平衡摩擦力：将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。方法：使小车连着纸带并接通电源，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做匀速运动，找到长木板的一个合适的倾角。2.选点测速：测小车的速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动时的部分。3.橡皮筋的选择：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.先后顺序：开始实验时，小车应靠近打点计时器，并且要先接通电源再释放小车。5.小车的选择：小车质量应适当大一些，使纸带上打的点多一些。热点一教材原型实验【典例1】(2019·东莞模拟)如图甲所示为探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度关系的实验装置，打点计时器使用的电源频率为50Hz。实验主要过程如下

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。④分析W-v图象，如果W-v图象是一条直线，表明W∝v；如果不是直线，可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝等关系。(1)实验中木板略微倾斜，这样做_____。

A.是为了使释放小车后，小车能匀加速下滑B.是为了增大小车下滑的加速度C.可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功D.可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动(2)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条……合并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放。把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1，第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为2W1……橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可根据打点计时器打出的纸带算出。根据第四次的纸带(如图乙所示)求得小车获得的速度为_______m/s。(保留3位有效数字)

(3)通过实验获得较科学的数据作出的W-v2图象，应为图丙中的_______。

【解析】(1)实验中木板略微倾斜，目的是平衡摩擦力，使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功，使得橡皮筋松弛后，小车做匀速直线运动，故C、D正确，A、B错误。(2)橡皮筋松弛后，小车做匀速直线运动，则小车获得的速度v=m/s=2.00m/s。(3)合力做功等于动能的增加量，即W=mv2，可知W与v2成正比，故A正确，B、C、D错误。答案：(1)C、D

(2)2.00

(3)A热点二创新拓展实验题型1气垫导轨和光电门【典例2】(2019·银川模拟)某实验小组利用如图甲所示的实验装置来探究做功与物体动能变化的关系，当地重力加速度为g。

(1)该小组成员用游标卡尺测得遮光条(如图乙所示)的宽度d=_____cm，用天平测得滑块与遮光条的总质量为M、钩码的质量为m。

(2)实验前需要调节气垫导轨使之水平，实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt=1.2×10-2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度v=_______m/s(结果保留两位有效数字)。

(3)在本次实验中为了确保细线拉力所做的功与钩码重力做的功近似相等，则滑块与遮光条的总质量M与钩码的质量m间应满足_____，本实验中还需要测量的物理量是

_______________________________________(用文字说明并用相应的字母表示)。(4)本实验中可通过改变钩码的质量测得多组数据并作出图象来进行探究，则下列图象中符合真实实验情况的是_____。

【创新点分析】(1)用光电门测滑块的速度更准确。(2)在气垫导轨上不必再平衡滑块的摩擦力。【解析】(1)游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，所以遮光条的宽度为d=6mm+0.05mm×13=6.65mm=0.665cm。(2)滑块经过光电门的瞬时速度为：v=m/s≈0.55m/s。(3)令细线的拉力为FT，则有FT=Ma，mg-FT=ma，解得FT=Ma=只有当M≫m时，FT=mg，即当M≫m时细线拉力做的功与钩码重力所做的功近似相等，细线拉力做的功为W=mgs，即需要测量开始滑块静止时遮光条到光电门的距离s。(4)保持滑块与遮光条的总质量M不变，细线拉力做的功W=mgs，滑块与遮光条的动能改变量ΔEk=Mv2-0，由运动学公式得v2=2as，由牛顿第二定律得mg=Ma，又有v=联立解得即-m图象为过原点的倾斜直线，但当钩码的质量不能远小于滑块与遮光条的总质量时，有两式相比可知，图象斜率会变小，故C正确。答案：(1)0.665

(2)0.55

(3)M≫m开始滑块静止时遮光条到光电门的距离s

(4)C题型2弹簧测力计或拉力传感器【典例3】(2019·洛阳模拟)某小组为探究合力做功与物体动能改变的关系，设计了如下实验。如图所示，带滑轮的长木板水平放置，力传感器固定在墙上，轻绳分别跨过固定在滑块上的滑轮和固定在长木板一端的滑轮，一端与力传感器连接，另一端竖直悬挂一砂桶，砂桶距地面足够远。调节两滑轮的位置使轻绳与长木板平行，不计轻绳与各滑轮之间的摩擦。(1)实验时，必须要进行的操作是_____(选填选项前的字母)。

A.用天平测量砂和砂桶的总质量mB.用天平测量滑块(带滑轮)的质量MC.将长木板右端垫高以平衡摩擦力D.使砂和砂桶的总质量远小于滑块(带滑轮)的质量M(2)该小组按照正确的步骤进行了多次实验。在某次实验中，记录了传感器的示数F，得到了一条纸带，在纸带上取了A、B、C、D、E、F、G7个计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，用刻度尺量出了从A点到其他计数点间的距离分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6，如图所示。若要计算从B到F点的过程中滑块(带滑轮)动能的变化量，则可利用表达式ΔE=___________进行计算。若要计算从B到F点的过程中合外力对滑块(带滑轮)所做的功，则可利用表达式W=___________进行计算(以上2个表达式必须用题目中所给的字母表示)。

【创新点分析】(1)用力传感器可直接测绳的拉力大小，不必满足滑块的质量远大于悬挂物的质量。(2)计算合外力对滑块的功更方便，结果更准确。【解析】(1)绳子的拉力可以通过力传感器得出，所以不需要测量砂和砂桶的总质量m，故A、D错误；因需要求出滑块的动能，所以必须用天平测量滑块(带滑轮)的质量M，故B正确；由于要使拉力所做的功为总功，所以实验中需要平衡