1、第 五 章机械能机械能实验五探究动能定理实验五探究动能定理1 1基 础 知 识 梳 理基 础 知 识 梳 理2 2核 心 考 点 突 破核 心 考 点 突 破3 32 2 年 高 考 模 拟年 高 考 模 拟基础知识梳理基础知识梳理一、实验目的一、实验目的1探究外力对物体做功与物体速度变化的关系。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二次方的正比关系。通过实验数据分析，总结出做功与物体速度二次方的正比关系。二、实验原理二、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
2、、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。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。关系。三、实验器材三、实验器材小车小车(前面带小钩前面带
3、小钩)、100200g砝码、长木板砝码、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁两侧适当的对称位置钉两个铁钉钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线、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使用电火花计时器不用学生电源)、56条等长的橡皮筋、条等长的橡皮筋、_。刻度尺刻度尺 四、实验步骤四、实验步骤1 按 图 所 示 将 实 验 仪 器 安 装 好，同 时 按 图 所 示 将 实 验 仪 器 安 装 好，同 时_。2先用先用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设此时橡皮筋对小车做
4、的功为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，实验中橡皮筋条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋_与第一次相同，与第一次相同，这时橡皮筋对小车做的功为这时橡皮筋对小车做的功为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，用同样的方法测出功和速度，记入表橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格。格。平衡摩擦力平衡摩擦力 拉伸的长度拉伸的长度 五、数据处理五、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的功测量小车的速度：实验获得如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做的功
5、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：的速度，应在纸带上测量的物理量：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v_(T为打点计时器打点的时间间隔为打点计时器打点的时间间隔)。2记录实验数据：把计算出的速度填入表格中并算出记录实验数据：把计算出的速度填入表格中并算出v2的值。的值。橡皮筋橡皮筋条数条数位移位移x/m时间时间t/s速度速度v/(ms1)速度二次方速度二次方v2/(m2s2)3数据处理：在坐标纸上画出数据处理：在坐标纸上画出Wv
6、或或Wv2图线图线(“W”以一条橡皮筋做的功为单以一条橡皮筋做的功为单位位)。4实验结论：从图象分析外力对物体实验结论：从图象分析外力对物体做功与物体速度变化的关系为做功与物体速度变化的关系为Wv2。六、误差分析六、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与与橡皮筋的条数不成正比。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也会造成误差。没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。3利用打点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差。利用打点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误
7、差。七、注意事项七、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做匀速运动，找到木板一个合适的倾角。断小车是否做匀速运动，找到木板一个合适的倾角。2测小车速度时，应选纸带上测小车速度时，应选纸带上_的部分，也就是选小车做匀的部分，也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点。速运动时打在纸带上的点。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橡皮筋
8、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。这是本实验的技巧之一，这里通过转换单位的方法可，不必计算出具体数值。这是本实验的技巧之一，这里通过转换单位的方法巧妙地解决了这一难题，这也是物理实验中常用的一种思想和手段。巧妙地解决了这一难题，这也是物理实验中常用的一种思想和手段。点距均匀点距均匀 核心考点突破核心考点突破教材原型实验教材原型实验左左 2 D 类题演练类题演练 1(1)实验时，该同学用钩码的重力表示小车受到的合力，为了减小这种做法实验时，该同学用钩码的重力表示小车受到的合力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为应该采取的措施是带来的实验误差，你认
9、为应该采取的措施是_(填选项前的字母填选项前的字母)。A保证钩码的质量远小于小车的质量保证钩码的质量远小于小车的质量B选取打点计时器所打第选取打点计时器所打第1点与第点与第2点间的距离约为点间的距离约为2mm的纸带来处理数的纸带来处理数据据C把长木板不带滑轮的一端适当垫高以平衡摩擦力把长木板不带滑轮的一端适当垫高以平衡摩擦力D必须先接通电源再释放小车必须先接通电源再释放小车AC(2)如图乙所示是实验中得到的一条纸带，其中如图乙所示是实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是连续是连续的六个计数点，相邻计数点间的时间间隔为的六个计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，相邻计数点间的距离已在图
10、中标，相邻计数点间的距离已在图中标出，测出小车的质量为出，测出小车的质量为M，钩码的总质量为，钩码的总质量为m。从打。从打B点到打点到打E点的过程中，合点的过程中，合力对小车做的功为力对小车做的功为_，小车动能的增量为，小车动能的增量为_。(用题中和图中的物理量符号表示用题中和图中的物理量符号表示)mgs 试验拓展创新试验拓展创新(2)研究小车以不同的初速度沿粗糙水平面研究小车以不同的初速度沿粗糙水平面滑动的距离，得出小车的初动能大小与克服摩滑动的距离，得出小车的初动能大小与克服摩擦力做功的情况，也可探究动能定理。这时必擦力做功的情况，也可探究动能定理。这时必须保证小车与水平面上各处之间的动摩
11、擦因数须保证小车与水平面上各处之间的动摩擦因数相同。相同。用游标卡尺测出遮光片的宽度用游标卡尺测出遮光片的宽度d；安装好实验器材，给气垫导轨接上气源，然后读出拉力传感器的示数，安装好实验器材，给气垫导轨接上气源，然后读出拉力传感器的示数，记为记为F，同时从气垫导轨刻度尺上读出滑块与光电门之间的距离，同时从气垫导轨刻度尺上读出滑块与光电门之间的距离L；剪断细绳，使滑块滑向光电门，并记录滑块通过光电门的时间剪断细绳，使滑块滑向光电门，并记录滑块通过光电门的时间t；多次改变滑块与光电门之间的距离，记录相应的多次改变滑块与光电门之间的距离，记录相应的L与与t的值，结果如表所的值，结果如表所示。示。1.
12、00 能能 方法总结：方法总结：动能定理问题的分析动能定理问题的分析分析此类问题，应从以下几个方面考虑：分析此类问题，应从以下几个方面考虑：(1)寻找物体位移；寻找物体位移；(2)分析物体受分析物体受力，求外力做功；力，求外力做功；(3)由功的表达式和功能关系列式；由功的表达式和功能关系列式；(4)根据公式中的数据求出根据公式中的数据求出未知量，或确定图线上斜率和截距的意义，求相关物理量。未知量，或确定图线上斜率和截距的意义，求相关物理量。类题演练类题演练 2 保持保持P位置不变，将长木板另一端放置在铁架台横杆位置不变，将长木板另一端放置在铁架台横杆Q2上，用刻度尺量出上，用刻度尺量出Q1、Q
13、2之间的距离之间的距离h1，将滑块从，将滑块从Q2位置由静止释放，由光电门计时器读出滑块位置由静止释放，由光电门计时器读出滑块的挡光时间的挡光时间t1。保持保持P位置不变，重新调节长木板另一端在铁架台上的放置位置，重复步位置不变，重新调节长木板另一端在铁架台上的放置位置，重复步骤骤数次。数次。.滑块沿长木板由滑块沿长木板由Q2运动到运动到P的过程中，用测量的物理量回答下列问题的过程中，用测量的物理量回答下列问题(重重力加速度已知为力加速度已知为g)：(1)滑块通过光电门的速度滑块通过光电门的速度v_；(2)滑块动能的变化量滑块动能的变化量Ek_；(3)滑块克服摩擦力做的功滑块克服摩擦力做的功Wf_；(4)合力对滑块做的功合力对滑块做的功W合合_。mgH mgh1.某学生以铁架台上的放置位置到某学生以铁架台上的放置位置到Q1的距离的距离h为横坐标，以滑块通过光电为横坐标，以滑块通过光电门的挡光时间平方的倒数为纵坐标，根据测量数据在坐标中描点画出如图乙所门的挡光时间平方的倒数为纵坐标，根据测量数据在坐标中描点画出如图乙所示直线，直线延长线没有过坐标原点，其原因可能是示直线，直线延长线没有过坐标原点，其原因可能是_。平衡摩擦力时倾角过大平衡摩擦力时倾角过大 2年高考模拟年高考模拟
