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1、 二、实验原理二、实验原理 探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力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，可用如度，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用如图图5-4-1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。图图5-4-1学案4 实验(一)：探究动能定理 一、实验目
2、的一、实验目的 探究外力对物体做功与物体动能变化的关系。探究外力对物体做功与物体动能变化的关系。三、实验器材三、实验器材 小车小车(前面带小钩前面带小钩)、100 g200 g砝码、长木板，两侧适当的对称位置砝码、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使用电火花计时器不用学生电源用学生电源)、56条等长的橡皮筋、刻度尺。条等长的橡皮筋、刻度尺。2021/8/9 星期一1实验5：探究动能定理 一、实验目的一、实验目的 探究外力对物体做功与物体动能变化的关系。探究外力对物体做功与物体动能变化的关系。二、
3、实验原理二、实验原理 探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力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，可用如度，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用如图图5-4-1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。三、实验器材三、实验器材 小车小车(前面带小钩前面带小钩)、10
4、0 g200 g砝码、长木板，两侧适当的对称位置砝码、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使用电火花计时器不用学生电源用学生电源)、56条等长的橡皮筋、刻度尺。条等长的橡皮筋、刻度尺。2021/8/9 星期一2 四、实验步骤四、实验步骤 1.按上图将实验仪器安装好。同时平衡摩擦力。按上图将实验仪器安装好。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，设此时橡皮筋对小车做的功为小车做的功为
5、W1，将这一组数据记入表格。，将这一组数据记入表格。3.用用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为W2，测出小车获得的速度，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格。，将数据记入表格。4.用用3条、条、4条条橡皮筋做实验，用同样的方法测橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格。出功和速度，记入表格。5.分析数据，得出结论。分析数据，得出结论。(1)测量小车的速度：实验获得如图测量小车的速度：实验获得如图5-4-2所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功和小车速度所示的纸带，为探究橡
6、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物理量是(用字母表示用字母表示)：A1、A2间的距离间的距离x，小车速度的表达式是，小车速度的表达式是(用测量的物理量表示用测量的物理量表示)v=x/T(T为打点计时器的时间间隔为打点计时器的时间间隔)。(2)实验数据记录实验数据记录 (3)实验数据处理及分析：在坐标纸上实验数据处理及分析：在坐标纸上(如图如图5-4-3)画出画出W-v或或W-v2图线图线(“W”以一根橡皮筋以一根橡皮筋做的功为单位做的
7、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实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系Wv2。图图5-4-2图图5-4-3橡皮筋条数橡皮筋条数位移位移x/m时间时间t/s速度速度v/(ms-1)速度平方速度平方v2/(m2s-2)2021/8/9 星期一3 五、注意事项五、注意事项 1.平衡摩擦力平衡摩擦力 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皮筋做的功与物体速度的关系，应设法排除摩擦
8、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。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。判断是否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做匀判断是否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做匀速运动。速运动。2.我们用我们用2条，条，3条条橡皮筋进行第橡皮筋进行第2次、第次、第3次次实验时，每次实验时橡皮筋伸长的实验时，每次实验时橡皮筋伸长的长度都应保持一致。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实验数据处
9、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，以为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，以第一次实验时的功第一次实验时的功W为单位，作出为单位，作出W-v图象，分析这条图线，可以得知橡皮筋对小车做的功图象，分析这条图线，可以得知橡皮筋对小车做的功W与小车获得的速度与小车获得的速度v的定量关系。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。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、误差分析六、误差
10、分析 误差是不可避免的，但我们可以尽量减小它。为减小本实验的实验误差，要注意以下几误差是不可避免的，但我们可以尽量减小它。为减小本实验的实验误差，要注意以下几个方面的问题：个方面的问题：1.在长木板上，小车、铁钉、打点计时器的位置应调整适当，以保证打在纸带上的点便在长木板上，小车、铁钉、打点计时器的位置应调整适当，以保证打在纸带上的点便于处理，求出小车运动的速度。于处理，求出小车运动的速度。2.平衡摩擦力时，可使木板略微倾斜，作为补偿，保证小车脱离橡皮筋后做匀速运动。平衡摩擦力时，可使木板略微倾斜，作为补偿，保证小车脱离橡皮筋后做匀速运动。3.小车的质量较小，当用多条橡皮筋时，打出的点过少，应
11、改用质量稍大的小车小车的质量较小，当用多条橡皮筋时，打出的点过少，应改用质量稍大的小车(或加或加砝码砝码)，以保证打出的点便于处理。，以保证打出的点便于处理。2021/8/9 星期一4【例【例1】在用图】在用图5-4-4所示装置做所示装置做“探究动能定理探究动能定理”的实验时，下列说法正确的实验时，下列说法正确的的 是是 ()A.通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值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通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获
12、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热点一热点一 实验原理的考查实验原理的考查 【解析】【解析】实验通过增加橡皮筋的条数，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，故使橡皮筋对小车做的功成倍增加，故A正正确，确，B错误。小车的速度对应的是橡皮筋错误。小车的速度对应的是橡皮筋对小车做功完毕时的情形，故对小车做功完毕时的情形，故C正确，正确，D错误。错误。A C图图5-4-42021/8/9 星期一5 12009年高考安徽理综卷年高考安徽理综卷探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度
13、的关系，实验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，实验装置如图装置如图5-4-5所示，实验主要过程如下：所示，实验主要过程如下：(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为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)作出作出W-v草图；草图；(4)分析分析W-v图象。如果图象。如果W-v图象是一条直线，表明图象是一条直线，表明Wv；如果不是直；如果不是直 线，可考虑是否存在线，可考虑是否存在Wv2、Wv3、W 等关系。等关系。以下关于该试验的说法中有一项不正确，它是以下关于
14、该试验的说法中有一项不正确，它是 _。A.本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为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。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条橡皮筋进行实验条橡皮筋进行实验 时，橡皮筋对小车做的功为时，橡皮筋对小车做的功为W，用，用2条、条、3条、条、橡皮筋并在一起进行第橡皮筋并在一起进行第2次、第次、第3次、次、实验时，橡皮筋对小车做的功分别是实验时，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
15、倾斜。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。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 距离来进行计算的。距离来进行计算的。D图图5-4-52021/8/9 星期一6【例【例2】为了探究动能定理，现提供如图】为了探究动能
16、定理，现提供如图5-4-6所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，请所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，请 思考探究思路并回答下列问题思考探究思路并回答下列问题(打点计时器交流电频率为打点计时器交流电频率为50 Hz)(1)为了消除摩擦力的影响应采取什么措施？为了消除摩擦力的影响应采取什么措施？_.(2)当我们分别用同样的橡皮筋当我们分别用同样的橡皮筋1条、条、2条、条、3条条并起来进行并起来进行 第第1次、第次、第2次、第次、第3次次实验时，每次实验中橡皮筋拉伸实验时，每次实验中橡皮筋拉伸 的长度应都保持一致，我们把第的长度应都保持一致，我们把第1次实验时橡皮
17、筋对小车做次实验时橡皮筋对小车做 的功记为的功记为W。(3)由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出，如图由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出，如图5-4-7所示是其中四次实所示是其中四次实 验打出的部分纸带。验打出的部分纸带。(4)试根据第试根据第(2)、(3)项中的信息，填写下表。项中的信息，填写下表。从表中数据可得出结论：从表中数据可得出结论：_。热点二热点二 实验数据的处理实验数据的处理 【解析【解析】(1)将木板固定，有打点计时器将木板固定，有打点计时器的一端垫起适当的高度，使小车缓慢匀速下滑。的一端垫起适当的高度，使小车缓慢匀速下
18、滑。(4)由匀速运动的速度公式由匀速运动的速度公式v=x/t，其中，其中x从图上读出分别为从图上读出分别为2.00 cm，2.83 cm，3.46 cm、4.00 cm。t=T=1/f=0.02 s，即可求出小车的速度。，即可求出小车的速度。橡皮筋对小车所做的功与小车速度的平方成正比。橡皮筋对小车所做的功与小车速度的平方成正比。图图5-4-6图图5-4-7橡皮筋条数橡皮筋条数1234橡皮筋对小车做功橡皮筋对小车做功W小车速度小车速度v(m/s)v2(m2/s2)橡皮筋条数橡皮筋条数1234橡皮筋对小车做功橡皮筋对小车做功2W3W4W小车速度小车速度v(m/s)1.01.4151.732.0v2
19、(m2/s2)1.02.03.04.02021/8/9 星期一7 22009年高考广东物理卷年高考广东物理卷某试验小组利用拉力传感器和速度传感器探究某试验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理动能定理”。如图。如图5-4-8，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，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。在水平桌面上相距拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平桌面上相距50.0 cm的的A、B两点各安装一个速度传两点各安装一个速度传感器，记录小车通过感器，记录小车通过A、B时的
20、速度大小。小车中可以放置砝码。时的速度大小。小车中可以放置砝码。(1)实验主要步骤如下：实验主要步骤如下：测量测量_和拉力传感器的总质量和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉；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。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。将小车停在将小车停在C点，点，_，小车在细线拉动下运动，记录细线，小车在细线拉动下运动，记录细线 拉力及小车通过拉力及小车通过A、B时的速度。时的速度。在小车中增加砝码，或在小车中增加砝码，或_，重复，重复的操作。的操作。(2)下表是他们测得的一组数据，其中下表是他们测得的一组
21、数据，其中M是是M1与小车中砝码质量之和，与小车中砝码质量之和，|v22-v12|是两个速度传感器是两个速度传感器 记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量E,F是拉力传感器受到的拉力，是拉力传感器受到的拉力，W是是F在在A、B间所做的功。表格中的间所做的功。表格中的E3=_，W3=_。(结果保留三位有效数字结果保留三位有效数字)数据记录表数据记录表(3)根据上表，请在图根据上表，请在图5-4-9中的方格纸上作出中的方格纸上作出E-W图线。图线。图图5-4-8图图5-4-9小车、砝码小车、砝码然后释放小车然后释放小车减少砝码减少砝码0.6000.610次数次数M/kg|v12-v22|/(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.432021/8/9 星期一82021/8/9 星期一9