实验五 探究恒力做功与动能改变的关系

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1、实验五探究恒力做功与动能改变的关系要点归纳【实验目的】探究恒力做功与动能改变的关系.【实验原理】采用如图1所示装置,让小车在橡皮筋作用下弹出,使小车获得速度后沿木板匀速滑行.当用一条橡皮筋弹出时对小车做的功记为W,则用两条、三条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验,每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放时,实验中橡皮筋对小车做的功就是第1次的2倍(2W)、3倍(3W)…….橡皮筋每次实验做的功使小车获得的速度根据打点计时器打出的纸带得到.当得出若干组功和速度的数据后,以橡皮筋对小车做的功为纵坐标,分别以小车获得的速度v、v2、为横坐标,以第1次实验时的功W为单位,用描点法分别

2、作出W—v、W—v2、W—曲线,分析曲线,得出橡皮筋对小车做的功与小车获得速度的定量关系.图1【实验步骤】1.安装实验装置:如图1所示.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板,反复移动木板的位置,直至小车上不挂橡皮筋时,纸带打出的点间距均匀,即小车能匀速运动为止.【实验器材】木板、小车、橡皮筋、打点计时器及交流电源、纸带、刻度尺等.3.把小车的另一端与一条橡皮筋的中点连接,向后拖动纸带,并记下此时小车的位置.然后接通电源,放开小车,将得到的纸带标号为1.4.换上新纸带,橡皮筋分别采用两条、三条、四条……,重复步骤3,将纸带标号2、3、4……【处理数据】1.以橡皮筋对

3、小车做的功为纵坐标(以第1次实验时的功W为单位),小车获得的速度为横坐标,作出W—v曲线.如果W—v曲线是一条直线,表明W∝v;如果不是直线,可考虑是否存在下列关系:W∝v2、W∝v3、W∝……2.根据各种草图,大致判断两个量可能是什么关系.如果认为很可能是W∝v2,就作出W—v2曲线,如果这条曲线是一条直线,就可以证明你的判断是正确的.【误差分析】1.每个橡皮筋的劲度系数不同和每次拉伸的长度不完全一致,造成橡皮筋对小车做的功不是整数倍关系引起误差.2.不完全平衡摩擦力或平衡摩擦力过大,造成实验中除橡皮筋的拉力做功外,还有其他力做功,并由此造成最末阶段纸带上点的间隔不均匀而引起测量速度

4、的误差.【注意事项】1.每次实验中小车要拖动到同一位置.2.长木板要倾斜,使小车能在长木板上匀速运动.3.实验中不用测小车的质量.4.实验中测定的速度应是橡皮筋恢复形变以后小车的速度,所以应选用那些间距较大,且相对均匀的点来测量和计算.典例剖析某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”,他们在实验室组装了一套如图2所示的装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙,当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块由静止开始运动.若你是小组中的一位成员,要完成该项实验,则:图2(1)你认为还需要的实验器材有.(2)实验时为了保证滑块受到的合

5、力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是,实验时首先要做的步骤是.(3)在(2)的基础上,某同学用天平称量滑块的质量M,往沙桶中装入适量的细沙,用天平称出此时沙和沙桶的总质量m,让沙桶带动滑块加速运动,用打点计时器记录其运动情况,在打点计时器打出的纸带上取两点,测出这两点的间距L以及这两点对应的滑块速度的大小v1与v2(v1

6、且不计摩擦阻力(利用平衡摩擦力的方法).滑块的速度可以利用由打点计时器打出的纸带进行数据处理得到.解析(1)为了测出滑块的质量和沙桶(及沙)的总质量需要选用天平测量.为了对纸带进行数据处理需要选用刻度尺.(2)由于小沙桶(及沙)的重力等于滑块受到的合外力的条件是小沙桶(及沙)的质量远小于滑块的质量,且不计摩擦阻力(利用平衡摩擦力的方法).所以要保证沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量.实验时首先要做的步骤是平衡摩擦力.(3)由动能定理可得答案(1)天平、刻度尺(2)沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力(将木板左端适当垫高)(3)探究动能定理的实验方法较多,在解决此类问题之前,首先要弄

7、清本实验所涉及的实验原理和方法,然后再依据相应规律求解.点评变式练习某同学做探究动能定理的实验,如图3所示,图中小车在一条橡皮筋的作用下弹出,沿木板滑行,这时,橡皮筋对小车做的功为W.当用2条,3条…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都由打点计时器所打的纸带测出.图3(1)除了图中已有的器材外,还需要导线、开关、(填测量工具)和电源(填“交流”或“直流”).(2)实验中小车会受到阻力,可以使木板适当倾斜来平