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1、第5课实验：探究动能定理一、实验目的1探究外力对物体做功与物体速度的关系2通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比关系二、实验原理1不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W，2W，3W.2由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据3以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，作出Wv曲线，分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系三、实验器材小车(前面带小钩)、100200 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
2、及导线(使用电火花计时器不用学生电源)、56条等长的橡皮筋、刻度尺四、实验步骤1按如图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，记入表格五、数据处理1测量小车的速度：实验获得如图所示的纸带，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
3、(用字母表示)：A1、A2间的距离x，小车速度的表达式为(用测量的物理量表示)v(T为打点计时器的时间间隔)2实验数据记录：橡皮筋条数位移x/m时间T/s速度v/(ms1)速度平方v2/(m2s2)3.实验数据处理及分析：(1)观察法：当橡皮筋的条数成倍增加，即合外力做的功成倍增加时，观察小车的速度或速度的平方如何变化，有何变化规律(2)图象法：在坐标纸上(如图)画出Wv或Wv2图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位)4实验结论：从图象可知做功与物体速度变化的关系为Wv2.六、注意事项1平衡摩擦力很关键将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上
4、的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角2测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动状态的3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小车质量应大一些使纸带上打的点多一些七、误差分析1误差的主要来源是橡皮筋的长度、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3利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差如图所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，关于橡皮筋做的功，下列说法中正确的是(B)A橡皮筋做的功可以直接测量B通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车
5、做的功成整数倍增加C橡皮筋在小车运动的全程中始终做功D把橡皮筋拉伸为原来的两倍，橡皮筋做功也增加为原来的两倍解析：橡皮筋做的功等于橡皮筋所释放的弹性势能，但无法直接测量，橡皮筋的条数成倍增加，弹性势能也会成倍增加，即做功成倍增加，但橡皮筋只是在释放弹性势能的一段时间内才做功，故A、C错，B对橡皮筋的弹性势能与形变量的平方成正比，当拉伸为原来的两倍时，功变为原来的4倍，故D错课时作业1如图所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，下列说法正确的是(BD)A为减小实验误差，长木板应水平放置B通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加C小车在橡皮筋拉力作用下做匀加速直线运动，当橡
6、皮筋恢复原长后小车做匀速运动D应选择纸带上点距均匀的一段计算小车的速度2在探究“功与物体速度变化的关系”的实验中，小车在运动中会受到阻力作用这样，在小车沿木板滑行的过程中，除橡皮筋对其做功以外，还有阻力做功这样便会给实验带来误差我们在实验中想到的办法是：使木板略微倾斜对于木板的倾斜程度，下面的说法中正确的是(BC)A木板只要稍微倾斜一下即可，没有什么严格要求B木板的倾斜角度在理论上应满足下面的条件：重力使物体沿斜面下滑的分力应等于小车受到的阻力C如果小车在倾斜的木板上能做匀速运动，则木板的倾斜程度是符合要求的D其实木板不倾斜，问题也不大，因为实验总是存在误差的3在“探究恒力做功与物体的动能改变
7、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、砝码盘H长木板(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_答案：(1)CE刻度尺(2)AB4科学规律的发现离不开科学探究，而科学探究可以分为理论探究和实验探究下面我们追寻科学家的研究足迹用两种方法探究恒力做功和物体动能变化间的关系.理论探究：根据牛顿运动定律和有关运动学公式，推导在恒定合外力的作用下，功与物体动能变化间的关系，请写出你的推导过程_.实验探究：某同学的实验方案如图所示，他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，
8、你认为在实验中还应该采取的两项措施是：a_；b_.如图所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，距离如图则打C点时小车的速度为_；要验证合外力做的功与动能变化间的关系，除位移、速度外，还要测出的物理量有_答案：.推导：由牛顿第二定律得F合ma，由运动学公式得vv2ax，由功的定义式W合F合x，三式联立得W合mvmv.a.平衡摩擦力b钩码的重力远小于小车的总重力钩码的重力和小车的总质量5某学校课外研究小组，利用光控实验板进行了“探究重力做功与动能变化之间的关系”实验，光探实验板上有直轨道、滑块、两个光控门和配套的速度计数器，工作时滑块每通过一
9、次光探门，仪器上都能显示出通过的速度，滑块通过两个光控门则两个速度值交替显示现在利用滑块下落高度确定重力的功；通过初末速度的测量确定动能的改变另配有器材：多功能电源、连接导线、刻度尺、重锤线、铁架台实验步骤：A安装置：将光控板竖直固定，连好电路B在上下两端合适位置调定好两光控门A，B的位置，并用刻度尺测出两者距离d1C接通光控电源，释放滑块，读出滑块通过A，B时的速度示数v01，vt1D调节B的位置改变光控门高度，测得d1，d2，读出对应的v02，vt2，v03、vt3E由WGmgd写出重力做的功分别是WG1，WG2，WG3，F由Ekmv2，算出各次动能的改变量Ek1，Ek2，Ek3，请分析回
10、答：(1)安装置时应注意什么？_如何操作：_.(2)该实验中难以避免的误差来源有：a_；b_；c_.(3)因误差的存在，使每组测得的Ek总比WG要_(选a.略大一点b.略小一点c.相等d.可能偏大也可能偏小)(4)该实验是否需测出滑块质量？_能得出的实验结论：在误差允许的范围内_答案：(1)确保滑块轨道竖直使轨道与重锤线平行(2)a.轨道摩擦和空气阻力b光控门间距的测量c光控门对速度的测量不完全是瞬时速度(3)b，略小一点(4)不需要物体所受合外力做的功等于物体动能的改变量6某同学在探究功与物体速度变化的关系实验中，设计了如图所示的实验将纸带固定在重物上，让纸带穿过电火花计时器或打点计时器先用
11、手提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方然后接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点得到的纸带如图所示，O点为计时器打下的第1个点，该同学对数据进行了下列处理：取OAABBC，并根据纸带算出了A，B，C三点的速度分别为vA0.12 m/s，vB0.17 m/s，vC0.21 m/s.根据以上数据你能否大致判断Wv2.解析：设由O到A的过程中，重力对重物所做的功为W，那么由O到B过程中，重力对重物所做的功2W，由O到C的过程中，重力对重物所做的功为3W.由计算可知：v1.44102 m2/s2，v2.89102 m2/s2，v4.41102 m2/s2.2，3即：v2v
12、；v3v；即：v2v，v3v；由以上数据可判定Wv2是正确的，也可以根据Wv2的曲线来判断，如图所示答案：见解析7为了探究对物体做功与物体速度变化的关系，现提供如图所示的器材，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：(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？(2)当我们分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条并起来进行第1次、第2次、第3次实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度应都保持一致，我们把第1次实验时橡皮筋对小车做的功记为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，如下图所示是其中四次实验打出的部分纸带(4)试根据第(2)、(3)项中的信息，填写下表.次数1234橡皮筋对小车做功W小车速度v(m/s)v2(m2/s2)从表中数据可得出结论：_.答案：(1)将木板固定在打点计时器的一端垫起适当的高度，使小车缓慢匀速下滑(4)次数1234橡皮筋对小车做功W2W3W4W小车速度v(m/s)1.01.4151.732.0v2(m2/s2)1.02.03.04.0橡皮筋对小车做功与小车速度的平方成正比