第5单元 实验：探究动能定理.ppt

1、第五单元实验：探究动能定理,一、实验目的 1探究外力对物体做功与物体动能变化的关系 2了解探究功与物体速度变化关系的思路 3学习利用图象处理数据,二、实验原理 探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体的速度，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用图1所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度v.,图1,三、实验器材 小车(前面带小钩)、100 g200 g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)、56条等长的橡皮

2、筋、刻度尺,四、实验步骤 1按如图1所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力 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的功为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,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 5分析数据，得出结论 (1)测量小车的速度：实验获得如图2所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量是(用字母表示)：A1、A

3、2间的距离x，小车速度的表达式是(用测量的物理量表示)v (T为打点计时器的时间间隔),图2,(2)实验数据记录,(3)实验数据处理及分析：在坐标纸上画出Wv和Wv2图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位) (4)实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系Wv2.,五、注意事项 1平衡摩擦力 实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们研究的是橡皮筋做的功与物体速度的关系，应设法排除摩擦力的影响，可采用将木板一端垫高的方法来实现，将木板一端垫高，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就能消除摩擦力的影响判断已平衡掉摩擦力的方法是，轻推一下小车，观察小车不受其他力时能在木板上

4、做匀速运动,2我们用2条，3条橡皮筋进行第2次、第3次实验时，每次实验时橡皮筋伸长的长度都应保持一致 3实验数据处理时，以橡皮筋对小车做的功W为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，以第一次实验时的功W为单位，作出Wv图象，分析这条图线，可以得知橡皮筋对小车做的功W与小车获得的速度v的定量关系 4打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度，因为这一段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形,六、误差分析 1误差主要来源 N根橡皮筋其性能不可能完全相同，即使做功相同橡皮筋伸长量也不会完全一样； 没有完全平衡摩擦力，所以拉力做功并不是合力所做功； 测量位移L带来的误差,

5、2减小误差的方法 选用橡皮筋：市售橡皮筋规格不能满足实验要求，而且用至4根以上时弹力过大，使打出的纸带点数过少，以致找不出小车在不受弹力做匀速运动时所打出的点迹为此可以选择服装中使用的多股橡皮筋松紧带，其外形有带状和圆柱状两种 实验时可用6根橡皮筋打出6条纸带，连同O点有7个点迹，在描绘Wv2曲线时比较容易判断曲线的性质,小车、铁钉、打点计时器在长木板上的位置应调整适当，以保证打在纸带上的点迹便于处理，求出小车的速度 平衡摩擦力时可使木板略微倾斜，作为补偿 小车的质量较小，故用多条橡皮筋时打出的点过少，应改用质量稍大的小车(或加砝码)，以保证打出的点便于处理 纸带上的点迹并不均匀，应该选用点迹

6、均匀的部分来确定小车的速度,七、思考与讨论： 1如何平衡摩擦力，平衡到什么程度，如何验证？ (让木板有一微小的倾角；使重力沿斜面向下的分力等于摩擦力；轻推小车可使之匀速运动) 2如何做到每根橡皮筋所做的功都相等？ (使橡皮筋完全相同，且伸长量也一样),3思考纸带上打点的分布情况，如何计算小车的末速度？ (打点之间的距离先增大后不变，通过不变的点迹间距求末速度) 4如何通过图象处理数据？ (将图象做成直线，有利于判断物理量之间的关系),【例1】关于“探究动能定理”的实验中，下列叙述正确的是(),A每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值 B每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致 C放

7、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,解析：本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要测出以后每次实验时橡皮筋做的功是第一次的多少倍就足够了，A错； 每次实验时橡皮筋拉伸的长度必须保持一致，只有这样才能保证以后每次实验时橡皮筋做的功是第一次的整数倍，否则，功的数值难以测定，B错；,小车运动过程中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，才能减小误差，C错； 实验时，应该先接通电源，让打点计时器开始工作，然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出，D正确 答案：D,【例2】(2009年安徽卷)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3所示，实

8、验主要过程如下：,图3,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 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 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,解析：放开小车之后，小车在橡皮筋的作用下开

9、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，因此研究纸带上打下的点一定是那些均匀分布的点，故D不正确 答案：D 高分通道 一定要区分纸带的两个不同性质的运动阶段，防止将做加速运动阶段的数据用来计算小车的速度,1在用图4所示装置做“探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是(),图4,A通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值 B通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值 C通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度 D通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度,解析：本题主要考查本实验的实验原理，考查学生的理解能力实验通

10、过增加橡皮筋的条数，使橡皮筋对小车做的功成倍增加，故A正确，B错误，小车的速度对应的是橡皮筋对小车做功完毕时的情形，故C正确D错误 答案：AC,2(2010年厦门模拟)在探究动能定理的实验中，某同学在一次实验中得到一条如图5所示的纸带，这条纸带上的点两端较密，中间稀疏，出现这种情况的原因可能是 (),图5,A电源的频率不稳定 B木板倾斜的程度太大 C没有使木板倾斜或倾斜角太小 D小车受到的阻力较大 解析：出现上述情况的原因是小车先加速再减速，说明开始时橡皮筋的弹力大于摩擦力，随后又小于摩擦力，因此没有完全平衡摩擦力 答案：CD,3(2010年山东德州期末)某实验小组在探究“功与速度变化的关系”

11、实验中，该小组同学画出小车位移x与速度v的关系图象如图6所示，根据该图线形状，某同学对合外力做的功w与物体的速度v的关系作出猜想，肯定不正确的是(),图6,解析：由图象可知，当小车速度v增大时，x随之增大，而合外力做的功亦增大，由此可知肯定不正确的是B、D，故选B、D. 答案：BD,4为了计算由于橡皮筋做功而使小车获得的速度，在某次实验中某同学得到了如图7所示的一条纸带，在A、B、C、D中应该选用哪个点的速度才符合要求(),图7,解析：实验中所要求测量的速度应该是橡皮筋作用完毕以后小车的速度，也就是小车所获得的最大速度，由图中可以看出，A、B两点橡皮筋还没有作用完毕，而D点是橡皮筋作用完毕后已

12、经过了一段时间，所以最理想的应该是C点的速度 答案：C,5对于橡皮筋做的功来说，直接测量是有困难的我们可以巧妙地避开这个难题而不影响问题的解决，只需要测出每次实验时橡皮筋对小车做的功是第一次实验的多少倍，使用的方法是() A用同样的力对小车做功，让小车通过的距离依次为x、2x、3x、进行第1次、第2次、第3次、实验时，力对小车做的功就是W、2W、3W、 B让小车通过相同的距离，第1次力为F，第2次力为2F、第3次力为3F实验时，力对小车做的功就是W、2W、3W、,C选用同样的橡皮筋，在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致，当用1条、2条、3条、同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第3次、实验时，橡皮

13、筋对小车做的功就是W、2W、3W、 D利用弹簧测力计测量对小车的拉力F，利用直尺测量小车在力作用下移动的位移x，便可以求出每次实验中力对小车做的功，可控制为W、2W、3W、,解析：实际操作第一次用一根橡皮筋，以后各次分别用2根、3根、且每次拉到同样的长度，即能得到W、2W、3W、的功 答案：C,二、填空题 6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： A打点计时器；B.天平；C.秒表；D.低压交流电源；E.电池；F.纸带；G.细线、砝码、小车、重物、砝码盘；H.薄木板 (1)其中多余的器材是_，缺少的器材是_ (2)测量时间的工具是_；测量质量的工具是_,(3)如图8是打点计

14、时器打出的小车(质量为m)在恒力F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T.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；若能，请说出做法，并对这种做法做出评价,图8,优点：A、B两点的距离较远，测量时的相对误差较小 缺点：只进行了一次测量验证，说服力不强 答案：(1)C、E毫米刻度尺(2)打点计时器天平 (3)能优点：A、B两点的距离较远，测量时的相对误差较小缺点：只进行了一次测量验证，说服力不强,7探究能力是进行物理学研究的重要能力之一物体因绕轴转动而具有的动能叫转动动能，转动动能的大小与物体转动的角速度有关为了研究某一砂轮的转动动能Ek

15、与角速度的关系，某同学采用了下述实验方法进行探究：如图9所示，先让砂轮由动力带动匀速旋转，测得其角速度，然后让砂轮脱离动力，由于克服转轴间摩擦力做功，砂轮最后停下，测出砂轮脱离动力到停止转动的圈数n，通过分析实验数据，得出结论经实验测得的几组和n如下表所示：,图9,另外已测试砂轮转轴的直径为1 cm，转轴间的摩擦力为 N. (1)计算出砂轮每次脱离动力的转动动能，并填入上表中 (2)由上述数据推导出该砂轮的转动动能Ek与角速度的关系式为_ (3)若测得脱离动力后砂轮的角速度为2.5 rad/s，则它转过45圈时的角速度为_rad/s.,解析：(1)从脱离动力到最后停止转动，由动能定理得 Ffn

16、D0Ek0，即Ek0nFfD0.1n 将n的不同数值代入可得到相应的转动动能如下表：,(2)观察数据特点可以归纳出该砂轮的转动动能Ek与角速度的关系式为：Ek22 (3)若测得脱离动力后砂轮的角速度为2.5 rad/s，则此时砂轮脱离时的动能Ek02212.5 J 转过45圈时的动能：Ek22 此过程摩擦力做功WFfnD4.5 J 再根据动能定理得：WEkEk0 代入数据得：2 rad/s,答案：(1) (2)Ek22(3)2,8(2008年广东卷)某实验小组采用如图10所示的装置“探究动能定理”，图中小车内可放置砝码实验中，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50 Hz.

17、,图10,(1)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，用细线连接小车和钩码； 将小车停在打点计时器附近，_，_，小车拖动纸带，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，重复的操作,(2)图11所示是钩码质量为0.03 kg、砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v，请将C点的测量结果填在下表中的相应位置,图11,(3)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，_做负功 (4)实验小组根据实验数据绘出了如图12所示的图线(其中v2v2v)，根据图线可获得的结论是_要验证“动能定理”，还需测量的物理量是摩擦力和_,图12,解析：(1)为了使打第1点时速度为零，应先接通打点计时器电源，再释放小车小车停在打点计时器附近的目的是充分利用纸带，在纸带上打出尽可能多的点在小车停止运动后，应及时关闭打点计时器电源，使打点计时器停止工作,(3)对