實(shí)驗(yàn)5探究動能定理

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1、單擊此處編輯母版文本樣式,第五章 機(jī)械能及其守恒定律,實(shí)驗(yàn)五探究動能定理,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1,探,究外力對物體做功與物體速度的關(guān)系,2,通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出做功與物體速度平方的正比關(guān)系,二、實(shí)驗(yàn)原理,1,不,是直接測量對小車做功，而是通過改變橡皮筋條數(shù)確定對小車做功,W,、,2,W,、,3,W,.,2,由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點(diǎn)計(jì)時器測出，也可以用其他方法測出這樣，進(jìn)行若干次測量，就得到若干組功和速度的數(shù)據(jù),3,以橡皮筋對小車做的功為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度為橫坐標(biāo)，作出,W,v,曲線，分析這條曲線，可以得知橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系,三、實(shí)驗(yàn)器材,小,

2、車,(,前面帶小鉤,),、,100 g,200 g,砝碼、長木板，兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘、打點(diǎn)計(jì)時器及紙帶、學(xué)生電源及導(dǎo)線,(,使用電火花計(jì)時器不用學(xué)生電源,),、,5,6,條等長的橡皮筋、刻度尺,四、實(shí)驗(yàn)步驟,1,按,如圖所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好，同時平衡摩擦力,2,先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時器和紙帶測出小車獲得的速度,v,1,，設(shè)此時橡皮筋對小車做的功為,W,1,，將這一組數(shù)據(jù)記入表格,3,用,2,條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同，這樣橡皮筋對小車做的功為,W,2,，測出小車獲得的速度,v,2,，將數(shù)據(jù)記入表格,4,用,3,條、,4,條,橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用同樣的方法

3、測出功和速度，記入表格,2,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄,橡皮筋條數(shù),位移,x,/m,時間,t,/s,速度,v,(m,s,1,),速度平方,v,2,(m,2,s,2,),3.,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析：在坐標(biāo)紙上,(,右下圖,),畫出,W,v,和,W,v,2,圖線,(“,W,”,以一根橡皮筋做的功為單位,),4,實(shí)驗(yàn)結(jié)論：從圖象可知功與物體速度變化的關(guān)系為,W,v,2,.,六、注意事項(xiàng),1,平,衡摩擦力很關(guān)鍵，將木板一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡方法是輕推小車，由打點(diǎn)計(jì)時器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否勻速運(yùn)動，找到木板一個合適的傾角,2,測小車速度時，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻部分的，也就是選小

4、車做勻速運(yùn)動狀態(tài)的,3,橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計(jì)算出具體數(shù)值,4,小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些,七、誤差分析,1,誤,差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細(xì)不一，使橡皮筋的拉力做功,W,與橡皮筋的條數(shù)不成正比,2,沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大,3,利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時，測量不準(zhǔn)帶來誤差,八、實(shí)驗(yàn)改進(jìn),本,實(shí)驗(yàn)中物體運(yùn)動的速度可以使用速度傳感器直接采集，比用打點(diǎn)計(jì)時器方便快捷且誤差較??；實(shí)驗(yàn)情景也可加以改進(jìn)，如研究物體以不同的初速度沿粗糙水平面滑動的距離，得出物體的初動能大小與克服摩擦力做功的情況，這時必須保證物體與水平面

5、上各處的動摩擦因數(shù)相同,.,(2013,福建理綜，,19(1),在,“,探究恒力做功與動能改變的關(guān)系,”,實(shí)驗(yàn)中,(,裝置如圖甲,),：,實(shí)驗(yàn)原理及誤差分析,(1),下列說法哪一項(xiàng)是正確的,_,(,填選項(xiàng)前字母,),A,平衡摩擦力時必須將鉤碼通過細(xì)線掛在小車上,B,為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)大于小車質(zhì)量,C,實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時器由靜止釋放,(2),圖乙是實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶的一部分，選取,O,、,A,、,B,、,C,計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知打點(diǎn)計(jì)時器使用的交流電頻率為,50 Hz,，則打,B,點(diǎn)時小車的瞬時速度大小為,_ m/s(,保留,3,位有效數(shù)字,),C,0.653,(2013,四川理

6、綜，,8(2),如圖甲所示，某組同學(xué)借用,“,探究,a,與,F,、,m,之間的定量關(guān)系,”,的相關(guān)實(shí)驗(yàn)思想、原理及操作，進(jìn)行,“,研究合外力做功和動能變化的關(guān)系,”,的實(shí)驗(yàn)：,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理,(1),為達(dá)到平衡阻力的目的，取下細(xì)繩及托盤，通過調(diào)整墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做,_,運(yùn)動。,勻速直線,(2),連接細(xì)繩及托盤，放入砝碼，通過實(shí)驗(yàn)得到圖乙所示的紙帶。紙帶上,O,為小車運(yùn)動起始時刻所打的點(diǎn)，選取時間間隔為,0.1 s,的相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn),A,、,B,、,C,、,D,、,E,、,F,、,G,.,實(shí)驗(yàn)時小車所受拉力為,0.2 N,，小車的質(zhì)量為,0.2 kg.,請計(jì)

7、算小車所受合外力做的功,W,和小車動能的變化,E,k,.,補(bǔ)填表中空格,(,結(jié)果保留至小數(shù)點(diǎn)后第四位,).,分析上述數(shù)據(jù)可知：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi),W,E,k,.,與理論推導(dǎo)結(jié)果一致。,(3),實(shí)驗(yàn)前已測得托盤質(zhì)量為,7.710,3,kg,，實(shí)驗(yàn)時該組同學(xué)放入托盤中的砝碼質(zhì)量應(yīng)為,_kg.(,g,取,9.8 m/s,2,，結(jié)果保留至小數(shù)點(diǎn)后第三位,.),O,B,O,C,O,D,O,E,O,F,W,/J,0.0432,0.0572,0.0734,0.0915,E,k,/J,0.0430,0.0570,0.0734,0.0907,0.1115,0.1105,0.015,(2013,重慶理綜，,6

8、(1),我國艦載飛機(jī)在,“,遼寧艦,”,上成功著艦后，某課外活動小組對艦載飛機(jī)利用阻攔索著艦的力學(xué)問題很感興趣他們找來了木板、鋼球、鐵釘、橡皮條以及墨水，制作了如圖所示的裝置，準(zhǔn)備定量研究鋼球在橡皮條阻攔下前進(jìn)的距離與被阻攔前速率的關(guān)系要達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，需直接測量的物理量是鋼球由靜止釋放時的,_,和在橡皮條阻攔下前進(jìn)的距離，還必須增加的一種實(shí)驗(yàn)器材是,_,忽略鋼球所受的摩擦力和空氣阻力，重力加速度已知，根據(jù),_,定律,(,定理,),，可得到鋼球被阻攔前的速率,實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì),高度,刻度尺,機(jī)械能守恒,1,用如圖所示的裝置做,“,探究動能定理,”,的實(shí)驗(yàn)時，下列說法正確的是,(,),A,為了平衡摩擦

9、力，實(shí)驗(yàn)中可以將長木板的左端適當(dāng)墊高，使小車?yán)┻^打點(diǎn)計(jì)時器的紙帶自由下滑時能保持勻速運(yùn)動,B,每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的規(guī)格要相同，拉伸的長度要一樣,C,可以通過改變橡皮筋的條數(shù)來改變拉力做功的數(shù)值,D,可以通過改變小車的質(zhì)量來改變拉力做功的數(shù)值,E,實(shí)驗(yàn)中要先釋放小車再接通打點(diǎn)計(jì)時器的電源,F,通過打點(diǎn)計(jì)時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度,G,通過打點(diǎn)計(jì)時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度,ABCF,2,在,“,探究功與物體速度變化關(guān)系,”,的實(shí)驗(yàn)中，每次選取紙帶后，我們應(yīng)選取紙帶上的哪些點(diǎn)來求小車的速度,(,),A,間距均勻的,B,間距不均勻的,C,間距均勻的與不均勻

10、的都可,D,最好是間距均勻的，若紙帶上沒有間距均勻的，也可用間距不均勻的,A,3,(2014,天津耀華中學(xué)模擬,),某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室用如圖所示的裝置來研究有關(guān)做功的問題,(1),如圖甲，在保持,M,m,條件下，可以認(rèn)為繩對小車的拉力近似等于砂和砂桶的總重力，在控制小車質(zhì)量不變的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)中，該同學(xué)先接通打點(diǎn)計(jì)時器的電源，再放開紙帶，已知交流電的頻率為,50 Hz.,圖乙是在,m,100 g,、,M,1 kg,情況下打出的一條紙帶，,O,為起點(diǎn)，,A,、,B,、,C,為過程中,3,個相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間有,4,個點(diǎn)沒有標(biāo)出，有關(guān)數(shù)據(jù)如圖乙，則打,B,點(diǎn)時小車的動能,E,k,_J

11、,，從開始運(yùn)動到打,B,點(diǎn)時，繩的拉力對小車做的功,W,_ J,(,保留,2,位有效數(shù)字，,g,9.8 m/s,2,),(2),在第,(1),問中，繩的拉力對小車做的功,W,大于小車獲得的動能,E,k,，請你舉出導(dǎo)致這一結(jié)果的主要原因：,(,寫出一種即可,)_.,0.50,0.51,摩擦沒有完全抵消；砂與砂桶的重力大于繩的拉力,4,(2014,泉州質(zhì)檢,),某同學(xué)利用圖甲的實(shí)驗(yàn)裝置做,“,探究動能定理,”,的實(shí)驗(yàn)。在盡量減小摩擦阻力的情況下，先接通打點(diǎn)計(jì)時器的電源，再釋放紙帶，讓質(zhì)量,m,1.00 kg,的重物由靜止下落，在紙帶上打出一系列的點(diǎn)，如圖乙所示，,A,、,B,、,C,分別為所選取的

12、計(jì)數(shù)點(diǎn)，且,O,為開始打出的第一點(diǎn)，,OA,之間有,若干點(diǎn)未標(biāo)出，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時,間間隔為,0.02 s,，重力加速度,g,取,9.80 m/s,2,.,(1),釋放紙帶前，紙帶的,_(,選填,“,O,”,或,“,C,”,),端在上面；,(2),重物從,O,運(yùn)動到,B,的過程中，動能的變化量,E,k,_ J(,取兩位有效數(shù)字,),；,(3),列舉一種能有效減小實(shí)驗(yàn)誤差的做法,_,C,0.67,多次測量取平均值,5,某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系，小車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行打點(diǎn)計(jì)時器工作頻率為,50 Hz.,(1),實(shí)驗(yàn)中先后用同樣的橡皮筋,1,條、,2,條、,3

13、,條、,，并起來掛在小車的前端進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次都要把小車?yán)酵晃恢迷籴尫判≤嚢训?1,次只掛,1,條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為,W,1,，第,2,次掛,2,條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功為,2,W,1,，,；橡皮筋對小車做功后而使小車獲得的速度可由打點(diǎn)計(jì)時器打出的紙帶測出根據(jù)第,4,次的紙帶,(,如圖所示,),求得小車獲得的速度為,_m/s.,2,(2),若根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的,W,v,草圖如圖所示，根據(jù)圖線形狀，對,W,與,v,的關(guān)系作出的猜想，如果猜想,W,v,2,是正確的，則畫出的,W,v,2,圖象應(yīng)是,_,(3),在本實(shí)驗(yàn)中你認(rèn)為影響實(shí)驗(yàn)效果的可能原因是,_,(,只要回答出一種

14、原因即可,),過原點(diǎn)的一條直線,影響實(shí)驗(yàn)效果的可能原因是橡皮筋粗細(xì)不均勻，木板傾斜不夠或太過傾斜等,6,某實(shí)驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究,“,動能定理,”,如圖所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小在水平桌面上相,距,50.0 cm,的,A,、,B,兩點(diǎn)各安裝一個速,度傳感器，記錄小車通過,A,、,B,時的,速度大小小車中可以放置砝碼,(1),實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：,測量,_,和拉力傳感器的總質(zhì)量,M,1,；把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路；,將小車停在,C,點(diǎn)，,_,

15、，小車在細(xì)線拉動下運(yùn)動，記錄細(xì)線拉力及小車通過,A,、,B,時的速度,在小車中增加砝碼，或,_,，重復(fù),的操作,小車,釋放小車,減少砝碼,(2),表格中是他們測得的幾組數(shù)據(jù)，其中,M,是,M,1,與小車中砝碼質(zhì)量之和，,|,v,v,|,是兩個速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計(jì)算出動能變化量,E,，,F,是拉力傳感器受到的拉力，,W,是,F,在,A,、,B,間所做的功表格中,E,3,_,，,W,3,_.(,結(jié)果保留三位有效數(shù)字,),數(shù)據(jù)記錄表,次數(shù),M,/kg,|,v,v,|/(m/s),2,E,/J,F,/N,W,/J,1,0.500,0.760,0.190,0.400,0.200,2,0.500,1.65,0.413,0.840,0.420,3,0.500,2.40,E,3,1.220,W,3,4,1.000,2.40,1.20,2.420,1.21,5,1.000,2.84,1.42,2.860,1.43,0.600 J,0.610 J,(3),根據(jù)表格，請?jiān)谙聢D中的方格紙上作出,E,W,圖線,E/J,W/J,0,1.50,1.25,1.00,0.75,0.50,0.25,0.25,0.50,0.75,1.00,1.25,1.50,