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第五章機械能及其守恒定律 實驗五探究動能定理 一 實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗探究外力對物體做功與物體速度的關(guān)系 二 實驗原理探究功與速度變化的關(guān)系 可用如實驗原理圖所示的裝置進行實驗 通過增加橡皮筋的條數(shù)使橡皮筋對小車做的功成倍增加 再通過打點計時器和紙帶來測量每次實驗后小車的末速度v 最后通過數(shù)據(jù)分析得出速度變化與功的關(guān)系 三 實驗器材橡皮筋 小車 木板 打點計時器 紙帶 鐵釘?shù)?四 實驗步驟1 墊高木板的一端 平衡摩擦力 2 拉伸的橡皮筋對小車做功 1 用一條橡皮筋拉小車 做功W 2 用兩條橡皮筋拉小車 做功2W 3 用三條橡皮筋拉小車 做功3W 3 測出每次做功后小車獲得的速度 4 分別用各次實驗測得的v和W繪制W v或W v2 W v3 圖象 直到明確得出W和v的關(guān)系 五 實驗結(jié)論物體速度v與外力做功W間的關(guān)系W v2 二 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也會造成誤差 3 利用打上點的紙帶計算小車的速度時 測量不準(zhǔn)帶來誤差 三 注意事項1 平衡摩擦力的方法是輕推小車 由打在紙帶上的點是否均勻判斷小車是否勻速運動 2 測小車速度時 紙帶上的點應(yīng)選均勻部分的 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 考點一對實驗原理和注意事項的考查 考點二實驗器材與數(shù)據(jù)的處理 2014 高考天津卷 某同學(xué)把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上 將細(xì)繩一端拴在小車上 另一端繞過定滑輪 掛上適當(dāng)?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(guān)系 此外還準(zhǔn)備了打點計時器及配套的電源 導(dǎo)線 復(fù)寫紙 紙帶 小木塊等 組裝的實驗裝置如圖所示 考點一對實驗原理和注意事項的考查 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?fàn)恳≤嚨募?xì)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?qū)崿F(xiàn)勻速直線運動D 可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力 刻度尺 天平 包括砝碼 D 3 平衡摩擦力后 當(dāng)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方法 4 他將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)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(xì)繩拉力 可在小車上加適量的砝碼 或鉤碼 CD 解析 1 實驗要處理紙帶測速度 需要刻度尺 要分析動能的變化 必須要測出小車的質(zhì)量 因此還需要天平 2 實驗中調(diào)節(jié)定滑輪高度 使細(xì)繩與木板平行 可在平衡摩擦力后使細(xì)繩的拉力等于小車所受的合力 如果不平行 細(xì)繩的拉力在垂直于木板的方向上就有分力 改變了摩擦力就不能使細(xì)繩拉力等于小車所受的合力 D正確 3 在所掛鉤碼個數(shù)不變的情況下 要減小小車運動的加速度 可以增大小車的質(zhì)量 即可在小車上加適量的砝碼 或鉤碼 4 如果用鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功 發(fā)現(xiàn)拉力做的功總比小車動能的增量大 原因可能是阻力未被完全平衡掉 因此拉力做功一部分用來增大小車動能 一部分用來克服阻力做功 也可能是小車做加速運動 因此細(xì)繩的拉力小于鉤碼的重力 鉤碼的重力做的功大于細(xì)繩的拉力做的功 即大于小車動能的增量 C D項正確 如圖所示 是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究動能定理的實驗 圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出 沿木板滑行的情形 這時 橡皮筋對小車做的功記為W 當(dāng)我們把2條 3條 完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次 第3次 實驗時 每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放 小車每次實驗中獲得的速度由打點計時器所打點的紙帶測出 考點二實驗器材與數(shù)據(jù)的處理 1 除了圖中的已給出的實驗器材外 還需要的器材有 2 平衡摩擦后 每次實驗得到的紙帶上的點并不都是均勻的 為了測量小車獲得的速度 應(yīng)選用紙帶的 部分進行測量 刻度尺 點距均勻 3 下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄表 請將第2次 第3次 實驗中橡皮筋做的功填寫在對應(yīng)的位置 2W 3W 4W 5W 4 從理論上講 橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn 請你根據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在如圖所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗證理論的正確性 答案 1 本實驗中雖然不需計算出橡皮筋每次做功的具體數(shù)值 但需計算出每次小車獲得的速度 由于距離的測量存在一定誤差 使得速度的大小不準(zhǔn)確 在此可以安裝速度傳感器進行實驗 2 本實驗也可用鉤碼牽引小車完成 在小車上安裝拉力傳感器測出拉力的大小 再測出位移的大小 進而確定力做功的多少 3 把長木板換成氣墊導(dǎo)軌 省略平衡摩擦力的操作步驟 達到簡化實驗過程 提高實驗精度的目的 2015 東北三校聯(lián)考 某同學(xué)利用如圖所示的裝置驗證動能定理 將木板豎直放置在斜槽末端的前方某一固定位置 在木板上依次固定好白紙 復(fù)寫紙 將小球從不同的標(biāo)記點由靜止釋放 記錄小球到達斜槽底端時下落的高度H 并根據(jù)落點位置測量出小球離開斜槽后的豎直位移y 改變小球在斜槽上的釋放位置 進行多次測量 記錄數(shù)據(jù)如下 1 在安裝斜槽時 應(yīng)注意 使斜槽末端O點的切線水平 2 已知斜槽傾角為 小球與斜槽之間的動摩擦因數(shù)為 木板與斜槽末端的水平距離為x 小球在離開斜槽后的豎直位移為y 不計小球與水平槽之間的摩擦 小球從斜槽上滑下的過程中 若動能定理成立則應(yīng)滿足的關(guān)系式是 3 若想利用圖象直觀得到實驗結(jié)論 最好應(yīng)以H為橫坐標(biāo) 以 為縱坐標(biāo) 描點作圖 點評 本題的創(chuàng)新點 通過改變恒力作用的距離改變對小球的做功 利用平拋運動測量小球的速度 若該題在實驗操作中 釋放小球的高度成倍增加 則合力對小球做功值成倍增加 從而使數(shù)據(jù)處理更簡便