實驗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 機械能及其守恒定律,實驗五探究動能定理,一、實驗目的,1,探,究外力對物體做功與物體速度的關(guān)系,2,通過實驗數(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、實驗原理,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計時器測出，也可以用其他方法測出這樣，進行若干次測量，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，小車獲得的速度為橫坐標，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、實驗器材,小,

2、車,(,前面帶小鉤,),、,100 g,200 g,砝碼、長木板，兩側(cè)適當?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘、打點計時器及紙帶、學生電源及導線,(,使用電火花計時器不用學生電源,),、,5,6,條等長的橡皮筋、刻度尺,四、實驗步驟,1,按,如圖所示將實驗儀器安裝好，同時平衡摩擦力,2,先用一條橡皮筋做實驗，用打點計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,條橡皮筋做實驗，實驗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,橡皮筋做實驗，用同樣的方法

3、測出功和速度，記入表格,2,實驗數(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.,實驗數(shù)據(jù)處理及分析：在坐標紙上,(,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,實驗結(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,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，由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否勻速運動，找到木板一個合適的傾角,2,測小車速度時，紙帶上的點應(yīng)選均勻部分的，也就是選小

4、車做勻速運動狀態(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,利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來誤差,八、實驗改進,本,實驗中物體運動的速度可以使用速度傳感器直接采集，比用打點計時器方便快捷且誤差較小；實驗情景也可加以改進，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,”,實驗中,(,裝置如圖甲,),：,實驗原理及誤差分析,(1),下列說法哪一項是正確的,_,(,填選項前字母,),A,平衡摩擦力時必須將鉤碼通過細線掛在小車上,B,為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠大于小車質(zhì)量,C,實驗時，應(yīng)使小車靠近打點計時器由靜止釋放,(2),圖乙是實驗中獲得的一條紙帶的一部分，選取,O,、,A,、,B,、,C,計數(shù)點，已知打點計時器使用的交流電頻率為,50 Hz,，則打,B,點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，某組同學借用,“,探究,a,與,F,、,m,之間的定量關(guān)系,”,的相關(guān)實驗思想、原理及操作，進行,“,研究合外力做功和動能變化的關(guān)系,”,的實驗：,實驗數(shù)據(jù)的處理,(1),為達到平衡阻力的目的，取下細繩及托盤，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,_,運動。,勻速直線,(2),連接細繩及托盤，放入砝碼，通過實驗得到圖乙所示的紙帶。紙帶上,O,為小車運動起始時刻所打的點，選取時間間隔為,0.1 s,的相鄰計數(shù)點,A,、,B,、,C,、,D,、,E,、,F,、,G,.,實驗時小車所受拉力為,0.2 N,，小車的質(zhì)量為,0.2 kg.,請計

7、算小車所受合外力做的功,W,和小車動能的變化,E,k,.,補填表中空格,(,結(jié)果保留至小數(shù)點后第四位,).,分析上述數(shù)據(jù)可知：在實驗誤差允許的范圍內(nèi),W,E,k,.,與理論推導結(jié)果一致。,(3),實驗前已測得托盤質(zhì)量為,7.710,3,kg,，實驗時該組同學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),我國艦載飛機在,“,遼寧艦,”,上成功著艦后，某課外活動小組對艦載飛機利用阻攔索著艦的力學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，準備定量研究鋼球在橡皮條阻攔下前進的距離與被阻攔前速率的關(guān)系要達到實驗目的，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的距離，還必須增加的一種實驗器材是,_,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,實驗創(chuàng)新設(shè)計,高度,刻度尺,機械能守恒,1,用如圖所示的裝置做,“,探究動能定理,”,的實驗時，下列說法正確的是,(,),A,為了平衡摩擦

9、力，實驗中可以將長木板的左端適當墊高，使小車拉著穿過打點計時器的紙帶自由下滑時能保持勻速運動,B,每次實驗中橡皮筋的規(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,實驗中要先釋放小車再接通打點計時器的電源,F,通過打點計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,通過打點計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,”,的實驗中，每次選取紙帶后，我們應(yīng)選取紙帶上的哪些點來求小車的速度,(,),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,天津耀華中學模擬,),某同學在實驗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)量不變的情況下進行實驗在實驗中，該同學先接通打點計時器的電源，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，,A,、,B,、,C,為過程中,3,個相鄰的計數(shù)點，相鄰的計數(shù)點之間有,4,個點沒有標出，有關(guān)數(shù)據(jù)如圖乙，則打,B,點時小車的動能,E,k,_J

11、,，從開始運動到打,B,點時，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,),某同學利用圖甲的實驗裝置做,“,探究動能定理,”,的實驗。在盡量減小摩擦阻力的情況下，先接通打點計時器的電源，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，如圖乙所示，,A,、,B,、,C,分別為所選取的

12、計數(shù)點，且,O,為開始打出的第一點，,OA,之間有,若干點未標出，相鄰計數(shù)點的時,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驗誤差的做法,_,C,0.67,多次測量取平均值,5,某實驗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，沿木板滑行打點計時器工作頻率為,50 Hz.,(1),實驗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行多次實驗，每次都要把小車拉到同一位置再釋放小車把第,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計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),在本實驗中你認為影響實驗效果的可能原因是,_,(,只要回答出一種

14、原因即可,),過原點的一條直線,影響實驗效果的可能原因是橡皮筋粗細不均勻，木板傾斜不夠或太過傾斜等,6,某實驗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),實驗主要步驟如下：,測量,_,和拉力傳感器的總質(zhì)量,M,1,；把細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，,_,

15、，小車在細線拉動下運動，記錄細線拉力及小車通過,A,、,B,時的速度,在小車中增加砝碼，或,_,，重復,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，請在下圖中的方格紙上作出,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,