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1、实验四 探究动能定理基础过关一、实验目的1.通过实验探究外力做功与物体速度变化的关系。2.通过实验数据分析,总结出外力做功与物体速度平方的正比关系。二、实验原理1.改变功的大小:采用实验原理图所示的实验装置,用1条、2条、3条、…规格同样的橡皮筋将小车拉到①同一位置由②静止释放,橡皮筋拉力对小车所做的功依次为W0、2W0、3W0、…。2.确定速度的大小:小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出,也可以用其他方法测出。3.寻找功与速度变化的关系:以橡皮筋拉力所做的功W为纵坐标,小车获得的速度v为横坐标,
2、作出W-v或W-v2图像。分析图像,得出橡皮筋拉力对小车所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)、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(若使用电火花计时器则不用学生电源)、若干条等长的橡皮筋、③毫米刻度尺。四、实验步骤1.按原理图将仪器安装好。2.平衡摩擦力:在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木块,反复移动木块的位置,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④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
3、带测出小车获得的速度v1,设此时橡皮筋对小车做的功为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,这时橡皮筋对小车做的功为⑤2W,测出小车获得的速度v2,将数据记入表格。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.求小车速度实验获得如图所示纸带,利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离,如纸带上A、C两点间的距离x,则B点的速度v=⑥(其中T为打点周期)。2.计算W0、2W0、3W0、…时对应v、v2的数值,填入表格3.作
4、图像在坐标纸上分别作出W-v和W-v2图像,从中找出功与速度变化的关系。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木板倾角过大也会造成误差。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。七、注意事项1.平衡摩擦力时,将木板一端垫高,找到一个合适的倾角使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡。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。2.测小车速度时,纸带上的点应选均匀部
5、分的,即选小车做匀速运动的部分。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。考点一实验原理与实验操作考点二实验数据处理与误差分析考点突破考点三实验的拓展与创新考点一 实验原理与实验操作例1(2018南通、泰州一模)某实验小组利用如图甲所示装置探究恒力做功与物体动能变化的关系,质量为m的钩码通过跨过滑轮的细线牵引质量为M的小车,使它在长木板上运动,打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。(1)(多选)下列做法中正确的有
6、。A.调节滑轮的高度,使牵引小车的细绳与长木板保持平行B.在平衡摩擦力时,不需要连接纸带C.小车从靠近打点计时器处释放(2)接通电源,释放小车,打点计时器在纸带上打出一系列点,将打出的第一个点标为O,在纸带上依次取A、B、C…若干个计数点,测得A、B、C…各点到O点的距离分别为x1、x2、x3…,已知相邻计数点间的时间间隔均为T。实验中,钩码质量远小于小车质量,可认为小车受到的拉力大小等于mg,在打O点到打B点的过程中,拉力对小车做的功W=,打B点时小车的动能Ek=。(3)小明同学实验操作正确,但打出的
7、纸带起始点不清晰,他挑选了一个清晰的点标为O1,以小车受到的二次方v2为纵坐标,计数点到O1点的距离x为横坐标,利用实验数据作出v2-x图像,该图像纵截距的物理意义是。(4)小虎同学在实验过程中没有保证钩码质量远小于小车质量,他利用实验数据作出的v2-W图像(选填“会”或“不会”)弯曲。答案(1)AC(2)mgx2(3)打O2点时速度的二次方(4)不会解析(1)在平衡摩擦力时,需要连接纸带,通过观察纸带上打出的点是否均匀,判断小车是否做匀速直线运动,B错误。(2)打O点到打B点的过程中,小车的位移为x2
8、,小车受到的拉力大小等于mg,所以拉力对小车做的功W=mgx2;打B点时小车的速度vB==,打B点时小车的动能Ek=M=M。(3)根据速度位移公式v2-=2ax,变形得v2=+2ax,则v2-x图像的纵截距表示该过程的初速度的二次方,即打O2点时速度的二次方。(4)以小车与钩码组成的系统为研究对象,根据机械能守恒定律可得W=mgx=(M+m)v2,故v2-W图像是直线。易错警示本实验成功的关键是正确求出合外力做的功和动能的变化,因此在实验操
