实验五探究动能定理.ppt

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)、100g200g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条等长的橡皮筋、刻度尺,四、实验步骤1按如图实11所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力,图实11,2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：实验获得如图实12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A1、A2间的距离s，则小车速度的表达式为v(T为打点计时器打点的时间间隔),图实12,2实验数据记录,3实验数据处理及分析：在坐标纸上(图实13)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为Wv2.,图实13,六、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,八、实验改进本实验中物体运动的速度可以使用速度传感器直接采集，比用打点计时器方便快捷且误差较小；实验情景也可加以改进，如研究物体以不同的初速度沿粗糙水平面滑动的距离，得出物体的初动能大小与克服摩擦力做功的情况，这时必须保证物体与水平面上各处的动摩擦因数相同,(2009安徽高考)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的实验装置如图实14所示，实验主要过程如下,图实14,(1)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v1、v2、v3；(3)作出Wv草图；(4)分析Wv图象如果Wv图象是一条直线，表明Wv；如果不是直线，可考虑是否存在Wv2、Wv3、W等关系,以下关于该实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、3WB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,解题指导放开小车之后，小车在橡皮筋的作用下开始加速运动，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，而不是整个过程的平均速度，因此研究纸带上打下的点一定是那些均匀分布的点,答案D,为了探究力对物体做功与物体速度变化的关系，现提供如图实15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问题(打点计时器所用交流电频率为50Hz)：,图实15,(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，如图实16所示是其中四次实验打出的部分纸带,图实16,(4)试根据第(2)、(3)中的信息，填写下表,从表中数据可得出的结论是：.,解题指导(1)将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度，使小车能够匀速下滑(4)由匀速运动的速度公式v其中s从图上读出分别为2.00cm、2.83cm、3.46cm、4.00cm.tT0.02s，即可求出小车的速度,橡皮筋对小车做功与小车速度的平方成正比,答案见解题指导,(2008广东高考)某实验小组采用如图实17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50Hz.,图实17,(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)图实18所示是钩码质量为0.03kg、砝码质量为0.02kg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,图实18,(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实19所示的图线(其中v2v2v02)，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_,图实19,解题指导(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(2)对于C点到O点的距离x，可由纸带分析得出为6.08cm1.00cm5.08cm.C点对应小车的瞬时速度可用B、D两点间的平均速度来求，即vC49cm/s0.49m/s.,(3)对于钩码、砝码和小车组成的系统，钩码的重力对系统做正功，系统所受的摩擦阻力对其做负功(4)根据v2x图象为过坐标原点的一条直线可得出v2s的结论要验证动能定理需明确合外力所做的功和物体(小车和砝码)动能的变化合外力做功应为W合mgxFfx(其中Ff为小车受的摩擦力，x为小车的位移)；而求物体(小车和砝码)动能的变化时，还需测出小车的质量,答案(1)接通打点计时器电源释放小车关闭打点计时器电源(2)5.055.100.480.50(答案在此范围都对)(3)重力(钩码的重力)摩擦力(阻力)(4)v2x(速度平方的变化与位移成正比)小车的质量,