恒力做功與物體動能變化的關系

1、5.55.5探究探究動能定理動能定理2021-11-11一、實驗目的一、實驗目的1探究外力對物體做功與物體速度的關系探究外力對物體做功與物體速度的關系2通過實驗數據分析，總結出通過實驗數據分析，總結出做功與物體速度平方的做功與物體速度平方的正比關系正比關系二、實驗原理二、實驗原理1不是直接測量對小車做功，而是通過改變橡皮筋條不是直接測量對小車做功，而是通過改變橡皮筋條數確定對小車做功數確定對小車做功W、2W、3W.2由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點計時器測出，也可以用其他方法測出這樣，打點計時器測出，也可以用其他方法測出這樣，進行若干

2、次測量，就得到若干組功和速度的數據進行若干次測量，就得到若干組功和速度的數據3以橡皮筋對小車做的功為縱坐標，小車獲得的速度以橡皮筋對小車做的功為縱坐標，小車獲得的速度為橫坐標，作出為橫坐標，作出Wv曲線，分析這條曲線，可以得知曲線，分析這條曲線，可以得知橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度的定量關系橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度的定量關系三、實驗器材三、實驗器材 小車小車(前面帶小鉤前面帶小鉤)、100 g200 g砝碼砝碼、長木板，、長木板，兩側適當的對稱位置釘兩個鐵釘、打點計時器及紙帶、兩側適當的對稱位置釘兩個鐵釘、打點計時器及紙帶、學生電源及導線學生電源及導線(使用電火花計時器不用學生

3、電源使用電火花計時器不用學生電源)、56條等長的橡皮筋、刻度尺條等長的橡皮筋、刻度尺四、實驗操作四、實驗操作1實驗步驟實驗步驟(1)按如圖實按如圖實61所示將實驗儀器安裝好，同時平衡所示將實驗儀器安裝好，同時平衡摩擦力摩擦力圖實圖實61(2)先用一條橡皮筋做實驗，用打點計時器和紙帶測出小先用一條橡皮筋做實驗，用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度車獲得的速度v1，設此時橡皮筋對小車做的功為，設此時橡皮筋對小車做的功為W1，將這一組數據記入表格將這一組數據記入表格(3)用用2條橡皮筋做實驗，實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一條橡皮筋做實驗，實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同，這樣橡皮筋對小車做的功為次相

4、同，這樣橡皮筋對小車做的功為W2，測出小車獲，測出小車獲得的速度得的速度v2，將數據記入表格，將數據記入表格(4)用用3條、條、4條條橡皮筋做實驗，用同樣的方法測出功和橡皮筋做實驗，用同樣的方法測出功和速度，記入表格速度，記入表格圖實圖實62(2)實驗數據記錄實驗數據記錄橡皮筋橡皮筋條數條數位移位移x/m時間時間t/s速度速度v(ms1)速度平方速度平方v2(m2s2)(3)實驗數據處理及分析實驗數據處理及分析觀察法：當橡皮筋的條數成倍增加，即合外力做的觀察法：當橡皮筋的條數成倍增加，即合外力做的功成倍增加時，觀察小車的速度或速度的平方如何變功成倍增加時，觀察小車的速度或速度的平方如何變化，有

5、何變化規(guī)律化，有何變化規(guī)律圖象法：在坐標紙上圖象法：在坐標紙上(圖實圖實63)畫出畫出Wv或或Wv2圖線圖線(“W”以一根橡皮筋做的功為單位以一根橡皮筋做的功為單位)(4)實驗結論：從圖象可知做功與物體速度變化的關系為實驗結論：從圖象可知做功與物體速度變化的關系為Wv2.圖實圖實63五、注意事項五、注意事項1平衡摩擦力很關鍵平衡摩擦力很關鍵，將木板一端墊高，使小車重力沿，將木板一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡方法是輕推小車，斜面向下的分力與摩擦阻力平衡方法是輕推小車，由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否勻速運動，找到木

6、板一個合適的傾角否勻速運動，找到木板一個合適的傾角2測小車速度時，紙帶上的點應選均勻部分的，也就是測小車速度時，紙帶上的點應選均勻部分的，也就是選小車做勻速運動狀態(tài)的選小車做勻速運動狀態(tài)的3橡皮筋應選規(guī)格一樣的橡皮筋應選規(guī)格一樣的力對小車做的功以一條橡皮力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計算出具體數值筋做的功為單位即可，不必計算出具體數值4小車質量應大一些小車質量應大一些，使紙帶上打的點多一些，使紙帶上打的點多一些六、誤差分析六、誤差分析1誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使橡誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋的拉力做功皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數不成正比與

7、橡皮筋的條數不成正比2沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大3利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來誤差來誤差例例1探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關系，實驗裝置如圖實度的關系，實驗裝置如圖實64所示，實驗主要過程所示，實驗主要過程如下：如下：圖實圖實64(1)設法讓橡皮筋對小車做的功分別為設法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W；(2)分析打點計時器打出的紙帶，求出小車的速度分析打點計時器打出的紙帶，求出小車的速度v1、v2、v3；(3)作

8、出作出Wv草圖；草圖；(4)分析分析Wv圖象如果圖象如果Wv圖象是一條直線，表明圖象是一條直線，表明Wv；如果不是直線，可考慮是否存在如果不是直線，可考慮是否存在Wv2、Wv3、W 等關系等關系以下關于該實驗的說法中有一項不正確，它是以下關于該實驗的說法中有一項不正確，它是_A本實驗設法讓橡皮筋對小車做的功分別為本實驗設法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實驗所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實驗中使橡皮筋拉伸的長度保持一致當用中使橡皮筋拉伸的長度保持一致當用1條橡皮筋進行實條橡皮筋進行實驗時，橡皮筋對小車做的功為驗時，橡皮筋對小車做的功為

9、W，用，用2條、條、3條條橡皮橡皮筋并在一起進行第筋并在一起進行第2次、第次、第3次次實驗時，橡皮筋對小實驗時，橡皮筋對小車做的功分別是車做的功分別是2W、3WB小車運動中會受到阻力，補償的方法：可以使木板適小車運動中會受到阻力，補償的方法：可以使木板適當傾斜當傾斜.C某同學在一次實驗中得到一條記錄紙帶紙帶上打出某同學在一次實驗中得到一條記錄紙帶紙帶上打出的點，兩端密、中間疏出現這種情況的原因可能是的點，兩端密、中間疏出現這種情況的原因可能是沒有使木板傾斜或傾角太小沒有使木板傾斜或傾角太小D根據記錄紙帶上打出的點，求小車獲得的速度的方法根據記錄紙帶上打出的點，求小車獲得的速度的方法是以紙帶上第

10、一點到最后一點的距離來進行計算是以紙帶上第一點到最后一點的距離來進行計算解析：解析：放開小車之后，小車在橡皮筋的作用下開始加放開小車之后，小車在橡皮筋的作用下開始加速運動，等到橡皮筋與小車分離之后，小車做勻速直速運動，等到橡皮筋與小車分離之后，小車做勻速直線運動本實驗中測的速度是小車勻速運動的速度，線運動本實驗中測的速度是小車勻速運動的速度，而不是整個過程的平均速度，因此研究紙帶上打下的而不是整個過程的平均速度，因此研究紙帶上打下的點一定是那些均勻分布的點點一定是那些均勻分布的點答案：答案：D例例2某同學用如圖實某同學用如圖實65所示的實驗裝置探究小車所示的實驗裝置探究小車動能變化與合外力對它

11、所做功的關系圖中動能變化與合外力對它所做功的關系圖中A為小車，連為小車，連接在小車后面的紙帶穿過打點計時器接在小車后面的紙帶穿過打點計時器B的限位孔，它們均的限位孔，它們均置于水平的一端帶有定滑輪的足夠長的木板上，置于水平的一端帶有定滑輪的足夠長的木板上，C為彈簧為彈簧測力計，不計繩與滑輪的摩擦實驗時，先接通電源再松測力計，不計繩與滑輪的摩擦實驗時，先接通電源再松開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點圖實圖實65(1)該同學在一條比較理想的紙帶上，從點跡清楚的某點該同學在一條比較理想的紙帶上，從點跡清楚的某點開始記為開始記為O點，順次選取點，順次選取5個點

12、，分別測量這個點，分別測量這5個點到個點到O之之間的距離，并計算出它們與間的距離，并計算出它們與O點之間的速度平方差點之間的速度平方差v2(v2v2v02)，填入下表：，填入下表：點跡點跡x/cmv2/m2s2O/11.600.0423.600.0936.000.1547.000.1859.200.23請以請以v2為縱坐標，以為縱坐標，以x為橫坐標，在方格紙中作出為橫坐標，在方格紙中作出v2x圖象若測出小車質量為圖象若測出小車質量為0.2 kg，結合圖象可求得小車所，結合圖象可求得小車所受合外力的大小為受合外力的大小為_N.圖實圖實66(2)若該同學通過計算發(fā)現小車所受合外力小于測力計若該同學

13、通過計算發(fā)現小車所受合外力小于測力計讀數，明顯超出實驗誤差的正常范圍，你認為主要原讀數，明顯超出實驗誤差的正常范圍，你認為主要原因是因是_，實驗操作中改進的措施是，實驗操作中改進的措施是_解析解析(1)根據表中數據在根據表中數據在v2x坐標系中描點，然后坐標系中描點，然后用直線連接各點，如圖實用直線連接各點，如圖實67所示所示圖實圖實67(2)當小車受到向左的阻力當小車受到向左的阻力Ff時，小車的合外力時，小車的合外力F合合FCFfFC，如果使導軌傾斜一定角度平衡了小車的摩擦阻力，小，如果使導軌傾斜一定角度平衡了小車的摩擦阻力，小車的合外力就等于測力計的讀數車的合外力就等于測力計的讀數FC了了

14、答案答案(1)圖象見解析圖象見解析0.25(2)小車滑行時所受摩擦阻小車滑行時所受摩擦阻力較大使木板傾斜一定的角度以平衡摩擦力力較大使木板傾斜一定的角度以平衡摩擦力1 1在在“探究功與物體速度變化關系探究功與物體速度變化關系”的實驗中，每次選的實驗中，每次選取紙帶后，我們應選取紙帶上的哪些點來求小車的速取紙帶后，我們應選取紙帶上的哪些點來求小車的速度度 ( () )A A間距均勻的間距均勻的B B間距不均勻的間距不均勻的C C間距均勻的與不均勻的都可間距均勻的與不均勻的都可D D最好是間距均勻的，若紙帶上沒有間距均勻的，最好是間距均勻的，若紙帶上沒有間距均勻的，也可用間距不均勻的也可用間距不均

15、勻的解析：解析：橡皮筋完全恢復后不再有力對小車做功，小車橡皮筋完全恢復后不再有力對小車做功，小車做勻速運動，紙帶上的點間距是均勻的，故做勻速運動，紙帶上的點間距是均勻的，故A對，對，B、C錯；若紙帶上沒有間距均勻的點，說明紙帶太短，錯；若紙帶上沒有間距均勻的點，說明紙帶太短，橡皮筋還沒完全恢復原狀紙帶已完全通過打點計時器，橡皮筋還沒完全恢復原狀紙帶已完全通過打點計時器，在這種情況下應選用更長的紙帶，或者是因為摩擦力在這種情況下應選用更長的紙帶，或者是因為摩擦力沒被完全平衡，需重新平衡摩擦力，故沒被完全平衡，需重新平衡摩擦力，故D錯錯答案：答案： A2在在“探究功與物體速度變化的關系探究功與物體

16、速度變化的關系”實驗實驗中，下列敘中，下列敘述正確的是述正確的是 () 圖實圖實68A. 實驗中所用的橡皮筋原長必須相同，粗細可以不同實驗中所用的橡皮筋原長必須相同，粗細可以不同B實驗時，不需要使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都實驗時，不需要使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都 要相同要相同C放小車的長木板應該盡量使其水平放小車的長木板應該盡量使其水平D在正確操作下，小車釋放后先做勻加速運動，再做在正確操作下，小車釋放后先做勻加速運動，再做勻速運動勻速運動解析：解析：橡皮筋要求完全相同，橡皮筋要求完全相同，A錯；長木板應抬高后錯；長木板應抬高后端，以平衡摩擦力，端，以平衡摩擦力，C錯；由實驗操作原理及步

17、驟知錯；由實驗操作原理及步驟知D正確，正確，B錯誤錯誤答案：答案： D3(2011蘇州模擬蘇州模擬)在在探究恒力做功與物體的動能改變量的探究恒力做功與物體的動能改變量的關系關系的實驗中備有下列器材：的實驗中備有下列器材：A打點計時器；打點計時器；B.天平；天平；C.秒表；秒表；D.低壓交流電源；低壓交流電源；E.電池；電池；F.紙帶；紙帶；G.細線、砝碼、小車、砝碼盤；細線、砝碼、小車、砝碼盤；H.薄木薄木板板(1)其中多余的器材是其中多余的器材是_(填對應字母填對應字母)，缺少的器材，缺少的器材是是_(2)測量時間的工具是測量時間的工具是_；測量質量的工具是；測量質量的工具是_(填對應字母填

18、對應字母)(3)如圖實如圖實69是打點計時器打出的小車是打點計時器打出的小車(質量為質量為m)在恒在恒力力F作用下做勻加速直線運動的紙帶測量數據已用字母作用下做勻加速直線運動的紙帶測量數據已用字母表示在圖中，打點計時器的打點周期為表示在圖中，打點計時器的打點周期為T.請分析，利用請分析，利用這些數據能否驗證動能定理？若不能，請說明理由；若這些數據能否驗證動能定理？若不能，請說明理由；若能，請說明出做法，并對這種做法做出評價能，請說明出做法，并對這種做法做出評價 圖實圖實69答案：答案：(1)C、E毫米刻度尺毫米刻度尺(2)AB(3)見解析見解析4某同學為探究某同學為探究“恒力做功與物體動能改變

19、的關系恒力做功與物體動能改變的關系”，設計，設計了如下實驗，他的操作步驟是：了如下實驗，他的操作步驟是：連接好實驗裝置如圖實連接好實驗裝置如圖實610所示所示將質量為將質量為200 g的小車拉到打點計時器附近，并按住小的小車拉到打點計時器附近，并按住小車車在質量為在質量為10 g、30 g、50 g的三種鉤碼中，他挑選了的三種鉤碼中，他挑選了一個質量為一個質量為50 g的鉤碼掛在拉線的掛鉤的鉤碼掛在拉線的掛鉤P上上釋放小車，打開打點計時器的電源，打出一條紙帶釋放小車，打開打點計時器的電源，打出一條紙帶圖實圖實610(1)在多次重復實驗得到的紙帶中取出自認為滿意的一在多次重復實驗得到的紙帶中取出

20、自認為滿意的一條經測量、計算，得到如下數據：條經測量、計算，得到如下數據：第一個點到第第一個點到第N個點的距離為個點的距離為40.0 cm.打下第打下第N點時小車的速度大小為點時小車的速度大小為1.00 m/s.該同學將鉤該同學將鉤碼的重力當作小車所受的拉力，拉力對小車做的功為碼的重力當作小車所受的拉力，拉力對小車做的功為_J，小車動能的增量為，小車動能的增量為_J.(2)此次實驗探究結果，他沒能得到此次實驗探究結果，他沒能得到“恒力對物體做的功恒力對物體做的功等于物體動能的增量等于物體動能的增量”，且誤差很大，顯然，在實驗探，且誤差很大，顯然，在實驗探究過程中忽視了各種產生誤差的因素請你根據

21、該同學究過程中忽視了各種產生誤差的因素請你根據該同學的實驗裝置和操作過程幫助分析一下，造成較大誤差的的實驗裝置和操作過程幫助分析一下，造成較大誤差的主要原因有：主要原因有：_.答案：答案： (1)0.1960.100(2)小車質量沒有遠大于鉤碼質量；沒有平衡摩擦力；小車質量沒有遠大于鉤碼質量；沒有平衡摩擦力；操作錯誤：先放小車后開電源操作錯誤：先放小車后開電源5某實驗小組采用如圖實某實驗小組采用如圖實611所示的裝置來探究所示的裝置來探究“功與功與速度變化的關系速度變化的關系”實驗中，小車碰到制動裝置時，鉤實驗中，小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達地面實驗的部分步驟如下；碼尚未到達地面實驗的部分

22、步驟如下；圖實圖實511將一塊一端帶有定滑輪的長木板固定在桌面上，在長將一塊一端帶有定滑輪的長木板固定在桌面上，在長木板的另一端固定打點計時器；木板的另一端固定打點計時器；把紙帶穿過打點計時器的限位孔，連在小車后端，用把紙帶穿過打點計時器的限位孔，連在小車后端，用細線跨過定滑輪連接小車和鉤碼；細線跨過定滑輪連接小車和鉤碼；把小車拉到靠近打點計時器的位置，接通電源，從靜把小車拉到靠近打點計時器的位置，接通電源，從靜止開始釋放小車，得到一條紙帶；止開始釋放小車，得到一條紙帶；關閉電源，通過分析小車位移與速度的變化關系來研關閉電源，通過分析小車位移與速度的變化關系來研究合外力對小車所做的功與速度變化的關系究合外力對小車所做的功與速度變化的關系圖實圖實612是實驗中得到的一條紙帶，點是實驗中得到的一條紙帶，點O為紙帶上的為紙帶上的起始點，起始點，A、B、C是紙帶上的三個計數點，相鄰兩個計是紙帶上的三個計數點，相鄰兩個計數點間均有數點間均有4個點未畫出，用刻度尺測得個點未畫出，用刻度尺測得A、B、C到到O的的距離如圖實距離如圖實612所示，已知所用交變電源的頻率為所示，已知所用交變電源的頻率為50 Hz，問：，問：圖實圖實612(1)打打B點時刻，小車的瞬時速度點時刻，小車的瞬時速度vB_m/s.(結果結果保留兩位有效數字保留兩位有效數字)(2)本實驗中，若鉤碼下落高度為本實驗中，若鉤碼下