探究動能定理實驗 一、實驗目的: 探究合外力做功與物體動能變化的關系。 二、實驗原理： 小車在恒定拉力的作用下做勻加速直線運動，選取一個運動過程，只要測出該過程合外力對小車做的功W以及小車初末狀態(tài)的速度，就可以研究合外力做功與物體動能變化的關系。 需要測量的物理量： 恒定的拉力——勾碼（砝碼和砝碼盤）通過細線拉小車 速度—————打點計時器、紙帶、交流電源、刻度尺 位移——————分析紙帶可以測出 小車、勾碼的質(zhì)量——————天平 在勾碼的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量的情況下，可以認為小車受到的拉力F認為等于勾碼的重力mg 三、實驗器材： 打點計時器、紙帶、小車、一端附有定滑輪的長木板、重物、細繩、低壓交流電源、導線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺、砝碼． 三、實驗步驟： (1)按如圖所示安裝好實驗儀器． (2)平衡摩擦力：將安裝有打點計時器的長木板的一端適當墊高，讓紙帶穿過打點計時器連在小車后端，不掛重物，輕推小車，直到小車在斜面上做勻速直線運動狀態(tài)為止． (3) 把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛重物，先接通電源，再釋放小車，打完點后切斷電源，取下紙帶。 (4)改變鉤碼的數(shù)量，更換紙帶重復(3)的操作． 四、數(shù)據(jù)處理： 1.公式法： 選定一過程：如BF 通過計算，在誤差允許的范圍內(nèi)，研究W與ΔEk是否會相等 若選取打下的第一個點為研究的初位置，則初動能為0，數(shù)據(jù)處理更方便 五、注意事項： 1．平衡摩擦力時，不掛重物，輕推小車后，小車能做勻速直線運動． 2．平衡摩擦力后，無論如何改變重物或小車和砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力．但必須保證細繩與長木板平行． 3．每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠大于重物的質(zhì)量的條件下打出．只有如此，重物的重力才可視為小車受到的拉力． 4．改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，再放開小車，且應在小車到達滑輪前按住小車． 例1．某探究學習小組的同學欲驗證“動能定理”，他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置，另外他們還找到了打點計時器所用的學生電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊、細沙．當滑塊連接上紙帶，用細線通過滑輪掛上空的小沙桶時，釋放小桶，滑塊處于靜止狀態(tài)． 若你是小組中的一位成員，要完成該項實驗，則 (1)你認為還需要的實驗器材有___________________。 (2)實驗時為了保證滑塊受到的合力與沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質(zhì) 量應滿足的實驗條件是______________________________， 實驗時首先要做的步驟是________________________________． (3)在(2)的基礎上，某同學用天平稱量滑塊的質(zhì)量為M.往沙桶中裝入適量的細沙，用 天平稱出此時沙和沙桶的總質(zhì)量為m.讓沙桶帶動滑塊加速運動．用打點計時器記錄 其運動情況，在打點計時器打出的紙帶上取兩點，測出這兩點的間距L和這兩點的 速度大小v1與v2(v1＜v2)．則本實驗最終要驗證的數(shù)學表達式為______________．(用 題中的字母表示實驗中測量得到的物理量) 例2．(2020·高考天津卷)某同學把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，將細繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運動，以此定量探究繩拉力做功與小車動能變化的關系．此外還準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊等．組裝的實驗裝置如圖所示 . (1)若要完成該實驗，必需的實驗器材還有哪些__________________________． (2)實驗開始時，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行．他這樣做的目的是下列的哪個________(填字母代號)． A．避免小車在運動過程中發(fā)生抖動 B．可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰 C．可以保證小車最終能夠實現(xiàn)勻速直線運動 D．可在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力 (3)平衡摩擦力后，當他用多個鉤碼牽引小車時，發(fā)現(xiàn)小車運動過快，致使打出的紙帶上點數(shù)較少，難以選到合適的點計算小車速度．在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請你利用本實驗的器材提出一個解決辦法：____________________________________________. (4)他將鉤碼重力做的功當作細繩拉力做的功，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些．這一情況可能是下列哪些原因造成的________(填字母代號)． A．在接通電源的同時釋放了小車 B．小車釋放時離打點計時器太近 C．阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉 D．鉤碼做勻加速運動，鉤碼重力大于細繩拉力 (5)圖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(保留三位有效數(shù)字)．