實驗五-探究動能定理

實驗五探究動能定理二、實驗原理如圖實-5-l所示，小車在橡皮筋的作用下彈出．沿木板滑行．當我們用2條、3條……同樣的橡皮筋進行第2次、第3次……實驗時，每次實驗中橡皮筋拉伸的長度都保持一致．那么，第2次、第3次……實驗中橡皮筋對小車做的功就是第一次的2倍、3倍……如果把第一次實驗時橡皮筋的功記為W，以后各次的功就是2W、3W……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．這樣進行假設干次測量，就得到假設干組功和速度的數(shù)據(jù)．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，以第一次實驗時的功w為單位．作出W-V曲線,即功-速度曲線．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或作出W-V2圖象,指出W與V2的關系,進而找出功與動能變化之間的關系．三、實驗器材小車(前面帶小鉤)、長木板(兩側適當?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘)、打點計時器及紙帶、學生電源及導線(使用電火花計時器不用學生電源)、5～6條等長的橡皮筋、刻度尺．四、實驗步驟及數(shù)據(jù)處理1．按圖實-5-1所示將實驗儀器安裝好，同時平衡摩擦力．2．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V1，設此時橡皮筋對小車做的功為W1，將這一組數(shù)據(jù)記入表格．3．用2條橡皮筋做實驗，實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同，這時橡皮筋對小車做的功為W2,測出小車獲得的速度V2．將數(shù)據(jù)記人表格．4．用3條、4條……橡皮筋做實驗，用同樣的方法測出功和速度，記人表格.5．分析數(shù)據(jù)，得出結論(1)測量小車的速度：實驗獲得如圖實-5-2所示的紙帶，為探究橡皮筋彈力做功和小車速度的關系，需要測量彈力做功結束時小車的速度，即小車做勻速運動的速度，應在紙帶上測量的物理量是A1、A2間的距離s，小車速度的表達式是v=s/T=手(T為打點計時器的時間間隔)。(2)實驗數(shù)據(jù)記錄(3)實驗數(shù)據(jù)處理及分析：在坐標紙上(圖實-5-3)畫出W-V和W-V2圖線(“W〞以一根橡皮筋做的功為單位)．(4)實驗結論：從圖象可知功與物體速度變化的關系為W∝V2五、考前須知1．平衡摩擦力：實驗中的小車不可防止地要受到摩擦力的作用，摩擦力對小車做負功，我們研究的是橡皮筋做的功與物體速度的關系，應設法排除摩擦力的影響，可采用將木板一端墊高的方法來實現(xiàn)．將木板一端墊高，使重力沿斜面方向的分力與摩擦力相平衡，就能消除摩擦力的影響．判斷已平衡掉摩擦力的方法是：輕推一下小車，觀察小車不受其他力時能在木板上做勻速運動．2．打點計時器打出的紙帶上相鄰各點的間距并不均勻，應選間距均勻的那一段紙帶來計算小車的速度，因為這一段是橡皮筋對小車做功完畢時的情形．3．本實驗并不需要測量橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只是測出以后各次實驗橡皮筋做的功是第一次實驗時的多少倍，這樣做可以大大簡化操作．六、誤差分析1．誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋的拉力與橡皮筋的條數(shù)不成正比．2．平衡摩擦力不徹底或平衡過了也會造成誤差．3．利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來誤差．練習：1.(2023牛濟南模擬)在用圖實-5-4所示裝置做“探究動能定理〞的實驗時，以下說法正確的選項是()A．通過改變橡皮筋的條數(shù)改變拉力做功的數(shù)值B．通過改變橡皮筋的長度改變拉力做功的數(shù)值C．通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度D．通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度【解析】此題主要考查本實驗的實驗原理，考查考生的理解能力．實驗中通過增加橡皮筋的條數(shù)，使橡皮筋對小車做的功成倍增加，故A正確，B錯誤．小車的速度對應的是橡皮筋對小車做功完畢后的情形，故C正確，D錯誤．【答案】AC2．在“探究動能定理〞的實驗中，假設畫出W-V的圖象，應為圖實-5-9中的哪個圖()答案：B3．某探究學習小組的同學欲驗證“動能定理〞，他們在實驗室組裝了一套如圖實-5-11所示的裝置，另外他們還找到打點計時器所用的學生電源一臺、導線、復寫紙、紙帶、滑塊、小沙桶、細沙假設干．當滑塊連接上紙帶，用細線通過滑輪掛上空的小沙桶時，釋放小沙桶，滑塊處于靜止狀態(tài)．(1)本實驗還需要的實驗器材有(2)實驗時為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小根本相等，沙和沙桶的總質(zhì)量應滿足的實驗條件是，實驗時首先要做的步驟是(3)在(2)的根底上，某同學用天平稱出滑塊的質(zhì)量M．往沙桶中裝入適量的細沙，用天平稱出此時沙和沙桶的總質(zhì)量m．讓沙桶帶動滑塊加速運動，用打點計時器記錄其運動情況．在打點計時器打出的紙帶上取兩點，測出這兩點的間距L和這兩點的速度大小V1和V2(V1<V2)．那么對滑塊，本實驗最終要驗證的數(shù)學表達式為(用題中的字母表示)．答案：(1)天平刻度尺(2)沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量平衡摩擦力(3)4．為了“探究動能定理〞，查資料得知，彈簧的彈性勢能，其中K是彈簧的勁度系數(shù)，X是彈簧長度的變化量．某同學就設想用壓縮的彈簧推靜止的小球(質(zhì)量為m)運動來探究這一問題．為了研究方便，把小鐵球o放在水平桌面上做實驗．讓小鐵球o在彈力作用下運動，即只有彈簧推力做功．該同學設計實驗如下：首先進行如圖實-5-12甲所示的實驗：將輕質(zhì)彈簧豎直掛起來，在彈簧的另一端掛上小鐵塔o，靜止時測得彈簧的伸長量為d．在此步驟中，目的是要確定物理量，用m、d、g表示為．接著進行如圖實-5-12乙所示的實驗：將這根彈簧水平放在桌面上．一端固定，另一端被小鐵球o壓縮，測得壓縮量為x，釋放彈簧后，小鐵球o被推出去，從高為h的水平桌面上拋出，小鐵球o在空中運動的水平距離為L．小鐵球o的初動能Ek1=小鐵球o的末動能Ek2=．(用m、h、L、g表示)彈簧對小鐵球o做的功W=．(用m、x、d、g表示)比照W和Ek2—Ek1，就可以得出“外力做功與物體動能變化的關系〞，即在實驗誤差允許范圍內(nèi)，外力所做的功等于物體動能的變化．5.(2023年宿遷模擬)為了探究力對物體做功與物體速度變化的關系，現(xiàn)提供如圖實-5-5所示的器材，讓小車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行，請思考探究思路并答復以下問題(打點計時器交流電頻率為50Hz)：(1)為了消除摩擦力的影響應采取什么措施?(2)當我們分別用同樣的橡皮筋1條、2條、3條……并起來進行第1次、第2次、第3次……實驗時，每次實驗中橡皮筋控仲的長度應都保持一致，我們把第1次實驗時橡皮筋對小車做的功記為w．(3)由于橡皮筋對小車做功而使小車獲得的速度可以由打點計時器和紙帶測出，如圖實一5-6所示是其中四次實驗打出的局部紙帶．(4)試根據(jù)第(2)、(3)項中的信息，填寫下表．從表中數(shù)據(jù)可得出結論：6．〔2023廣東物理16〕某實驗小組采用圖1-1所示的裝置探究“動能定理〞，圖中小車中可放置砝碼，實驗中，小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達地面，打點針時器工作頻率為50Hz.〔1〕實驗的局部步驟如下：①在小車中放入砝碼，把紙帶穿過打點計時器，連在小車后端，用細線連接小車和鉤碼；②將小車停在打點計時器附近，，，小車拖動紙帶，打點計時器在紙帶上打下一列點，；③改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復②的操作?！?〕圖1-2是鉤碼質(zhì)量為0.03kg，砝碼質(zhì)量為0.02kg時得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點0及A、B、C、D和E五個計數(shù)點，可獲得各計數(shù)點到0的距離5及對應時刻小車的瞬時速度v，請將C點的測量結果填在表1中的相應位置.圖1—2〔3〕在上車的運動過程中，對于鉤碼、砝碼和小車組成的系統(tǒng)，做正功，做負功.〔4〕實驗小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出了圖13中的圖線〔其中Δv2=v2-v20〕,根據(jù)圖線可獲得的結論是.要驗證“動能定理〞，還需要測量的物理量是摩擦力和紙帶的測量結果測量點s/cmv/〔m·s—1〕OABC_______________DE6.答案：〔1〕②接通打點計時器電源釋放小車關閉打點計時器電源〔2〕5.05-5.100.48-0.50〔答案在此范圍內(nèi)都可〕〔3〕鉤碼的重力小車所受的摩擦阻力〔4〕小車初、末速度的平方差與位移成正比小車的質(zhì)量【解析】與“驗證機械能守恒定律〞實驗類似，應先接通電源讓打點計時器正常工作后釋放小車，注意到O點對應刻度為，故C點位移讀數(shù)應該為，末位“6〞為估讀數(shù)字，利用“勻變速直線運動，中間時刻瞬時速度等于全程平均速度〞這一推論可求出C點時刻對應的小車速度，，鉤碼重力對系統(tǒng)做正功，小車所受摩擦阻力做負功，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的圖線為傾斜的過原點直線，說明小車初、末速度的平方差與位移成正比，動能定理內(nèi)容是“合外力做功等于內(nèi)能增量〞，本實驗應得到，所以還必須要測量出摩擦力f與小車質(zhì)量M.7．〔2023安徽理綜，21，6分〕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，試驗裝置如下圖，試驗主要過程如下：〔1〕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、、、…;〔3〕做出W-v草圖；〔4〕分析W-v圖像。如果W-v圖像是一條直線，說明W∝v；如果不是直線，可考慮是否存在W∝、W∝、W∝等關系。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W、2W、3W…。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1條橡皮筋進行實驗室，橡皮筋對小車做的功為W，用2條、3條、…..橡皮筋并在一起進行第2次、第3次、….實驗時，橡皮筋對小車做的功分別是2W、3W…。B小車運動中會受到阻力，補償?shù)姆椒?，可以使木板適當傾斜。[來源:學*科*網(wǎng)Z*X*X*K]C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(xiàn)這種情況的原因，可能是沒有使木板傾斜或傾角太小。D根據(jù)記錄紙帶上打出的點，求小車獲得的速度的方法，是以紙帶上第一點到最后一點的距離來進行計算。7．答案：=1\*ROMANI．23.0mA，0.57V，320Ω=2\*ROMANII．〔1〕3，0.6，1，0～10?！?〕電壓表的分流=3\*ROMANIII答案：D。圖128．〔2023廣東物理，15，10分〕某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能定理〞，如圖12，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。在水平桌面上相距的A、B兩點各安裝一個速度傳感器記錄小車通過A、B時的速度大小。小車中可以放置砝碼。圖12〔1〕實驗主要步驟如下：①測量________和拉力傳感器的總質(zhì)量M1;把細線的一端固定在拉力傳感器上另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路；②將小車停在C點，__________，小車在細線拉動下運動，記錄細線拉力及小車通過A、B時的速度。③在小車中增加砝碼，或_______________，重復②的操作。〔2〕表1是他們測得的一組數(shù)據(jù)，其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量m之和，|v22－v21|是兩個速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計算出動能變化量△E，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力