1、【 精品教育资源文库 】 实验五 探究动能定理 (对应学生用书第 93 页 ) 一、实验目的 1探究外力对物体做功与物体速度变化的关系 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
2、钩 )、 100 g 200 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、学生电源及导线 (使用电火花计时器不用学生电源 )、 5 6 条 规格相同 的橡皮筋、刻度尺 四、实验步骤 1按原理图实图 51 将仪器安装好 实图 51 2平衡摩擦力：在长木板有打点计时器的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至小车上不挂橡皮筋时，轻推小车，纸带打出的点间距均匀，即小车能匀速运动为止 3先用 1 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，设此时橡皮筯对小车做的功为 W，将这一组数据记入表格 4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
3、，这时橡皮筋对小车做的功为 2W，测出小车获得的速度 v2，将数据记入表格 【 精品教育资源文库 】 5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 52 所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做的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： A1、 A2间的距离 s，小车速度的表达式是 v sT(T 为打点计时器打点的时间间隔 ) 图实 52 2记录实验数据：把计算出的速度填入表格中并算出 v2的值 3数据处理：在坐标纸上画出 Wv 或 Wv2图线 (“ W” 以一
4、条橡皮筋做的功为单位 ) 4实验结论：从图象分析外力对物体做功与物体速度变化的关系为 W v2. 六、误差分析 类型 产生原因 减小方法 偶然 误差 小车速度的测量误差 多次测量 s，求平均值 摩擦力做功 平衡摩擦力适当 系统 误差 橡皮筋的长度、粗细不一 选规格相同的橡皮筋 七、注意事顶 1平衡摩 擦力：将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡方法：使小车连着纸带并接通电源，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做匀速运动，找到长木板的一个合适的倾角 2选点测速：测小车的速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动时的部分 3橡皮筋的选择：橡
5、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先后顺序：开始实验时，小车应靠近打点计时器，并且要先接通电源再释放小车 5小车的选择：小车质量应适当大一些，使 纸带上打的点多一些 . (对应学生用书第 94 页 ) 【 精品教育资源文库 】 考点一 | 实验原理与操作 为了探究功与速度变化的关系，现提供如图实 53 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 (打点计时器所接交流电频率为 50 Hz) 图实 53 (1)为了消除摩擦力的影响应采取的措施为 _ _. (2)当我 们分别用同样的橡皮筋 1 条、 2 条、
6、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都保持一致，我们把第 1 次实验中橡皮筋对小车做的功记为 W. 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54 所示是其中四次实验打出的部分纸带 图实 54 试根据以上信息，填写下表 次数 1 2 3 4 橡皮筋对小车做的功 W 小车速度 v/(ms 1) v2/(m2s 2) 从表中数据可得出结论： _ _. 解析 (1)为了消除摩擦力，应将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度，使【 精品教育资源文库 】 小车在不接橡皮筋时缓慢匀速下滑 (2)由匀速运动的速度公式
7、 v xt，可求出小车的速度，其中 x 可从题图中读出，分别为 2.00 cm、 2.83 cm、 3.46 cm、 4.00 cm，交流 电频率为 50 Hz，故 T 0.02 s. 次数 1 2 3 4 橡皮筋对小车做的功 W 2W 3W 4W 小车速度 v/(ms 1) 1.00 1.42 1.73 2.00 v2(m2s 2) 1.00 2.02 2.99 4.00 在误差允许的范围内，橡皮筋对小车做的功与小车速度的平方成正比 答案 见解析 某学习小组做探究 “ 合力的功和物体速度变化的关系 ” 的实验，图中小车是在 1 条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时橡皮筋对小车做的功记为 W.
8、当用 2 条、 3 条 ?完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2 次 、第 3 次 ? 实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出 (1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、 _(填测量工具 )和_(填 “ 交流 ” 或 “ 直流 ”) 电源 (2)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力，则下面操作正确的是 ( ) A放开小车，能够自由下滑即可 B放开小车，能够匀速下滑即可 C放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可 D放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可 (3)若木板水 平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当
9、小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是 ( ) A橡皮筋处于原长状态 B橡皮筋仍处于伸长状态 C小车在两个铁钉的连线处 【 精品教育资源文库 】 D小车已过两个铁钉的连线 (4)在正确操作情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用图中纸带的 _部分进行测量 解析 (1)为测量小车获得的速度，必须用刻度尺来测量纸带上点和点之间的距离；打点计时器必须使用交流电源 (2)平衡摩擦力时，也要平衡掉纸带与限位孔之间的摩 擦力根据平衡状态的特点，小车做匀速运动时即平衡掉了摩擦力 (3)若木板水平放置，则未平衡摩擦力小车速度最大时，也就是加速度为零
10、的时刻，即橡皮筋对小车的拉力等于小车受到的摩擦力的时刻，此时橡皮筋处于伸长状态，小车还未到两个铁钉的连线处， B 正确 (4)应该选用纸带上小车做匀速运动部分进行测量，此时小车的速度最大，即 GK 部分 答案 (1)刻度尺 交流 (2)D (3)B (4)GK 考点二 | 数据处理与误差分析 如图实 55 所示，是某研究性学习小组做探究 “ 橡皮筋的功和物体速度变化的关系 ” 的实验， 图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形，这时，橡皮筋对小车做的功记为 W，当我们用 2 条、 3 条 ? 完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2 次、第3 次 ? 实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放
11、小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出 图实 55 (1)除了图中的已给出的实验器材外，还需要的器材有 _； (2)每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的 _部分进行测量； (3)在本实验的数据记录表中，请将第 2 次、第 3 次 ? 实验中橡皮筋做的功 填写在对应的位置： 橡皮筋 做的功 10 个间隔 的距离 10 个间隔 的时间 小车获得 的速度 vn 小车速度 的平方 【 精品教育资源文库 】 s(m) T(s) (m/s) v2n(m/s)2 1 W 0.200 0.2 2 0.280 0.2 3 0.300 0.2 4 0.400
12、0.2 5 0.450 0.2 (4)从理论上讲，橡皮筋做的功 Wn和物体速度 vn变化的关系应是 Wn_. 请你运用数据表中测定的数据在题给的坐标系中作出相应的图象验证理论的 正确性 . 【导学号： 84370246】 解析 (1)根据实验原理可知，实验中需要刻度尺测量计数点之间的距离，来计算物体的速度，所以要用到刻度尺为了能让打点计时器工作，必须提供交流电源故缺少刻度尺和交流电源 (2)纸带在橡皮筋的作用下做加速运动，橡皮筋做功完毕，则速度达到最大，此时做匀速运动，因此匀速时的速度即为该过程中的最大速度，故为了测量小车获得的速度，应选用纸带点均匀部分测量 (3)我们把 1 根橡皮筋对小车做
13、的功作为 1W，作为功的一个计量单位当我们用 2条、 3 条 ? 完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2 次、第 3 次 ? 实验时，橡皮筋的功分别是 2W,3W,4W,5W. (4)根据匀速直线运动的位移公式 x vt 得： v xt，所以： v1 0.20.2 m/s 1 m/s， v2 0.280.2 m/s 1.4 m/s， v3 0.30.2 m/s 1.5 m/s， v4 0.40.2 m/s 2 m/s， v5 0.450.2 m/s 2.25 m/s 所以， v21 1， v22 1.96， v23 2.25， v24 4， v25 5.06 由动能定理可知，合外力做的功应等于物体动能的变化量，所以 W 与 v2成正比，即Wn v2n，根据表中实验数据，应用描点法作图，图象如图所示： 误差允许范围内，图象是经过原点的直线，说明 Wn与 v2n成正比 答案 (1)交流电源、刻度尺 (2)点距均匀 (3)2W、 3W、 4W、 5W (4)v2n 图象见【 精品教育资源文库 】 解析 (2018 湖州模拟 )某同学利用图甲探究力对物体做的功与物体速度的关系，得到了如下表的数据： 实验次数 1 2 3 4 5 橡皮筋条数 1 3 4 5
