1、第四章第四章 机械能和能源机械能和能源 4.3-4.4 4.3-4.4 动能动能 动能定理动能定理 第二课时第二课时 学习目标定位 通过实验探究合外力对物体做功与物体动能变化的关 系. 学习利用图像法研究功与物体动能变化的关系. 学习探究区 一、实验步骤 二、数据处理 三、注意事项 实验步骤 1. 如图所示，把纸带的一端固定在小车后面，另一端穿过打点计时器，改 变木板的倾角，让小车重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力， 使小车能做匀速运动 这里垫高 不挂重物 2把细线系在小车上并绕过定滑轮，悬挂小盘，在小盘里放入适量砝码 ， 使小车的质量远大于砝码和小盘的总质量，小车在细线的拉力作用下 做
2、匀加速运动由于砝码和小盘质量很小，可认为小车所受拉力F的大 小等于砝码和小盘所受重力的大小3接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上 打下一系列点 实验步骤 4重复以上实验，选择一条点迹清晰的纸带进行数据分析，由纸带可以得 到位移和时间的信息，由砝码和小盘的质量可以知道小车所受的恒 力(小车质量已知) 5由实验数据得出结论 返回 数据处理 1 1小车速度及外力做功的确定小车速度及外力做功的确定 通过实验获得打点的纸带，利用“匀变速直线运动中，某段时间内的平均速 度等于该段时间中间时刻的瞬时速度”这一结论计算纸带上选定的点的速度 ，测出小车在某段时间内的位移，然后乘以重物的重
3、力，即得外力在该段时 间内对小车做的功 2 2实验数据处理实验数据处理 (1)计算各数据中v2、 mv2和 相应的合外力做功W的数值并填入表中. 编号 数据 物理量 123456 速度v2/(m2s2) 动能 mv2/J 合外力做功W/J (2)比较各次实验中合外力做的功和物体动能变化的数值，从而得到合 外力对物体做的功和物体动能变化之间的关系 返回 注意事项 1. 平衡摩擦力时，不挂重物，轻推小车后，小车能做匀速直线运动 2. 计算牵引力做功时，可以不必算出具体数值，只用位移的数值 与符号G的乘积表示即可 返回 例1 某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，图中小车 中可放置砝码
4、，实验中，打点计时器的工作频率为50 Hz. 典例精析 (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系列点，_； 改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复的操作 先接通电源再释放小车 关闭打点计时器电源 该点容易忽略 例1 某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，图中小车 中可放置砝码，实验中，打点计时器的工作频率为50 Hz. 典例精析 (2)图是钩码质量为0.03 kg、砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带，在纸带 上选择起始点O及A、
5、B、C、D、E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点的测量结果填在表中的相应位置 纸带的测量结果测量点x/cm v/(ms1) O0.000.35 A1.510.40 B3.200.45 C D7.150.53 E9.410.60 例1 某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，图中小车 中可放置砝码，实验中，打点计时器的工作频率为50 Hz. 典例精析 (3)本实验，若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，应采取的两项措施是： _ ； _. 平衡摩擦力 对小车： 对整体： 合外力 钩码的重力远小于小车及砝码的重力和 返
6、回 例2 某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”如图所示 ，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50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速 度大小小车中可以放置砝码 典例精析 (1)实验主要步骤如下： 测量_和拉力传感器的总质量M1；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 将小车停在C点，接通电源，_，小车 在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度 在小车中增加砝码，重复的操作 测量合外力测量始末速度
7、研究对象 小车 后释放小车 例2 某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”如图所示 ，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50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速 度大小小车中可以放置砝码 典例精析 (2)表1是他们测得的一组数据，其中 M是M1与小车中砝码质量之和，|v22 v12|是两个速度传感器所记录速度 的平方差，可以据此计算出动能变 化量Ek，F是拉力传感器受到的拉 力，W是F在A、B间所做的功表 格中的Ek3_，W3 _.(结果保留三位有效数字)
8、 次 数 M/kg |v22v12|/(m/s)2 Ek/JF/NW/J 10.5000.7600.190 0.400 0.200 20.5001.6500.413 0.840 0.420 30.5002.400Ek1.220W3 41.0002.4001.200 2.420 1.210 51.0002.8401.420 2.860 1.430 测量合外力测量始末速度 例2 某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”如图所示 ，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50.0 cm的A、B两点各
9、安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速 度大小小车中可以放置砝码 典例精析 返回 (3)根据表1在图中作出EkW图线 次 数 M/kg |v22v12|/(m/s)2 Ek/JF/NW/J 10.5000.7600.190 0.400 0.200 20.5001.6500.413 0.840 0.420 30.5002.400Ek1.220W3 41.0002.4001.200 2.420 1.210 51.0002.8401.420 2.860 1.430 描点法画图像 自我检测区 12 1某同学用如图甲所示的装置验证动能定理为了提高实验精度，该同学 多次改变小滑块下落高度H的值，测出
10、对应的平抛运动水平位移x，并算出x2 如下表所示，进而画出x2H图线如图乙所示 (1)原理分析：若滑块在下滑过程中 所受阻力很小，则只要满足 _，便可验证动能定理 12 滑块下落高 度H 平抛水平位 移x/cm 平抛水平位移 的平方x2/cm2 h5.530.25 2h9.182.81 3h11.7136.89 4h14.2201.64 5h15.9252.81 6h17.6309.76 7h19.0361.00 8h20.6424.36 9h21.7470.89 x2与H成正比 动能变化为0 1某同学用如图甲所示的装置验证动能定理为了提高实验精度，该同学 多次改变小滑块下落高度H的值，测出对
11、应的平抛运动水平位移x，并算出x2 如下表所示，进而画出x2H图线如图乙所示 (2)实验结果分析：实验中获得的 图线未过坐标原点，而交在了大 约(0.2h,0)处，原因是 _ 滑块下落高 度H 平抛水平位 移x/cm 平抛水平位移 的平方x2/cm2 h5.530.25 2h9.182.81 3h11.7136.89 4h14.2201.64 5h15.9252.81 6h17.6309.76 7h19.0361.00 8h20.6424.36 9h21.7470.89 滑块需要克服阻力做功 合外力做功为0 还有摩擦力做负功 12 2(借助恒力做功探究功与速度的关系)质量为1 kg的重物自由下
12、落，通过打 点计时器在纸带上记录运动的过程，打点计时器所接电源为6 V、50 Hz的交 流电源如图所示，纸带上O点为重物自由下落时纸带打点的起点，选取的 计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点(图中未画出)，纸带上的数 据表示各计数点与O点间的距离 12 (1)求出B、C、D、E、F各点对应的速度并填入下表 计数点BCDEF 速度/(ms1) 时刻的速度等于 内平均速度 同理 vC1.57 m/s，vD1.96 m/s，vE2.35 m/s，vF2.74 m/s 2(借助恒力做功探究功与速度的关系)质量为1 kg的重物自由下落，通过打 点计时器在纸带上记录运动的过程，打点计时器所接电源
13、为6 V、50 Hz的交 流电源如图所示，纸带上O点为重物自由下落时纸带打点的起点，选取的 计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点(图中未画出)，纸带上的数 据表示各计数点与O点间的距离 (2)求出物体下落时从O点到B、C、D、E、F各点过程 中重力所做的功，并填入下表. 计数点BCDEF 功/J WBmgOB19.870.6103 J0.69 J 0.69 同理WC1.23 J，WD1.92 J， WE2.76 J，WF3.76 J.1.23 1.92 2.76 3.76 12 2(借助恒力做功探究功与速度的关系)质量为1 kg的重物自由下落，通过打 点计时器在纸带上记录运动的过程，打点计时器所接电源为6 V、50 Hz的交 流电源如图所示，纸带上O点为重物自由下落时纸带打点的起点，选取的 计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点(图中未画出)，纸带上的数 据表示各计数点与O点间的距离 (3)适当选择坐标轴，在图中作出重物重力做的功与重 物速度的平方之间的关系图象图中纵坐标表示 _，横坐标表示_，由 图可得重力所做的功与_成_关 系(g取9.8 m/s2) 重力做的功WG物体速度的平方v2 物理速度的平方v2 正比 描点法画图像 12
