,第五章,实验,5:,探究动能定理,*,实验5:探究动能定理,2,知识梳理,一、实验目的、原理、器材,3,知识梳理,二、实验步骤,1,.,按如图所示将实验仪器安装好,同时平衡摩擦力。,2,.,先用,1,条橡皮筋做实验,用打点计时器和纸带测出小车获得的速度,v,1,设此时橡皮筋对小车做的功为,W,1,将这一组数据记入表格。,3,.,用,2,条橡皮筋做实验,实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同,这时橡皮筋对小车做的功为,W,2,测出小车获得的速度,v,2,将数据记入表格。,4,.,用,3,条、,4,条、,橡皮筋做实验,用同样的方法测出功和速度,记入表格。,4,知识梳理,三、数据处理,先对测量数据进行估计,或者作,W,-,v,草图,大致判断两个量可能是什么关系。如果认为可能是,W,v,2,对于每一个速度值算出它的二次方,然后以,W,为纵坐标、,v,2,为横坐标作图,如果这样作出来的图象是一条直线,说明两者关系就是,W,v,2,。,四、误差分析,1,.,误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一,使橡皮筋的拉力做功,W,与橡皮筋的条数不成正比。,2,.,没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。,3,.,利用打点的纸带计算小车的速度时,测量不准带来误差。,5,知识梳理,五、注意事项,1,.,平衡摩擦力很关键,将木板一端垫高,使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。方法是轻推小车,由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动,找到木板一个合适的倾角。,2,.,测小车速度时,应选纸带上点距均匀的部分,也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点。,3,.,橡皮筋应选规格一样的。力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值。这是本实验的技巧之一,这里通过转换单位的方法巧妙地解决了这一难题,这也是物理实验中常用的一种思想和手段。,6,知识梳理,六、实验改进,本实验中物体运动速度可以使用速度传感器直接采集,比用打点计时器方便快捷且误差较小,;,小车受到的外力也可以用拉力传感器采集,以便于直接计算出合外力做功的大小,;,另外,可以把长木板换成气垫导轨,省略平衡摩擦力的操作步骤,达到简化实验过程的目的。,7,考点一,考点二,考点三,考点一实验原理及误差分析,例,1,探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系,实验装置如图所示,实验主要过程如下,:,(1),设法让橡皮筋对小车做的功分别为,W,0,、,2,W,0,、,3,W,0,、,(2),分析打点计时器打出的纸带,求出小车的速度,v,1,、,v,2,、,v,3,、,(3),作出,W,-,v,草图,;,(4),分析,W,-,v,图象,如果,W,-,v,图象是一条直线,表明,W,v,;,如果不是直线,可考虑是否存在,W,v,2,、,W,v,3,、,W,等关系。,8,考点一,考点二,考点三,下列关于该实验的说法有一项不正确,它是,(,),A.,本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为,W,0,、,2,W,0,、,3,W,0,、,所采用的方法是选用同样的橡皮筋,并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用,1,条橡皮筋进行实验时,橡皮筋对小车做的功为,W,0,用,2,条、,3,条、,橡皮筋并在一起进行第,2,次、第,3,次、,实验时,橡皮筋对小车做的功分别是,2,W,0,、,3,W,0,、,B.,小车运动中会受到阻力,补偿的方法,:,可以使木板适当倾斜,C.,某同学在一次实验中得到一条记录纸带。纸带上打出的点,两端密、中间疏。出现这种情况的原因可能是没有使木板倾斜或倾角太小,D.,根据记录纸带上打出的点,求小车获得的速度的方法是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算,答案,解析,解析,关闭,放开小车之后,小车在橡皮筋的作用下开始加速运动,等到橡皮筋弹力为零之后,小车做匀速直线运动。本实验中测的速度是小车匀速运动的速度,而不是整个过程的平均速度,因此研究纸带上打下的点一定是那些均匀分布的点。,答案,解析,关闭,D,9,考点一,考点二,考点三,思路引导,本实验中测得的速度是小车什么状态下的速度,?,规律总结,1,.,不直接算,W,和,v,的数值,而只看第,2,次、第,3,次、,实验中的,W,和,v,是第,1,次的多少倍,这样可简化数据的测量和处理。,2,.,实验中要通过倾斜木板平衡摩擦力,这与探究加速度与力、质量的关系中平衡摩擦力的方法是一样的。,提示,:,匀速直线运动的速度。,10,考点一,考点二,考点三,考点二实验数据处理,例,2,如图甲是某研究性学习小组的同学做探究,“,橡皮筋做功和物体速度变化的关系,”,的实验,图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行的情形。这时,橡皮筋对小车做功记为,W,0,。当用,2,条、,3,条、,、,n,条完全相同的橡皮筋并在一起进行第,2,次、第,3,次、,、第,n,次实验时,每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放。小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出,图乙为某次实验中打出的纸带。,甲,11,考点一,考点二,考点三,(1),除了图中已给出的实验器材和电源外,还需要的器材有,。,(2),实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动,应采取的措施是,。,(3),每次实验得到的纸带上的点分布并不都是均匀的,为了测量小车最终获得的末速度,应选用纸带的,部分进行测量。,12,考点一,考点二,考点三,(4),下面是本实验的数据记录及数据处理表。,13,考点一,考点二,考点三,从理论上讲,橡皮筋做的功,W,n,与物体获得的末速度,v,n,之间的关系是,W,n,请你运用表中的数据在如图丙所示的坐标系中作出相应的图象,以验证理论的正确性。,乙,丙,14,考点一,考点二,考点三,解析,:,(1),要计算某点速度的大小,必须要测量纸带上计数点间的距离,除了题图甲中已给出的实验器材和电源外,还需要的器材是刻度尺。,(2),实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动,应采取的措施是把放打点计时器一端的木板垫起适当的高度以平衡摩擦力。,(3),小车最终做匀速运动,因此应选用相邻两计数点间隔相等的部分。,(4),根据动能定理可知,从理论上讲,橡皮筋做的功,W,n,与物体获得的速度,v,n,之间的关系是,W,n,;,以,W,n,为纵坐标,以,为横坐标,用描点作图法作图,图象是过原点的直线,说明,W,n,。,15,考点一,考点二,考点三,答案,:,(1),刻度尺,(2),把木板的左端垫起适当的高度以平衡摩擦力,(3),每相邻两点之间距离相等,(,或点分布均匀,),(4),图象如图所示,16,考点一,考点二,考点三,思路引导,利用打点计时器测量速度,需要什么测量工具,?,本实验平衡摩擦力的目的是什么,?,如何根据描出的点画出图线,?,提示,:,刻度尺。,提示,:,保证橡皮筋的拉力是合力。,提示,:,画出直线,让大多数点在线上或在线两侧对称分布,可舍去远离直线的个别点。,17,考点一,考点二,考点三,规律总结,处理实验数据的方法有平均值法、列表法和图象法,本题主要用了后两种方法处理实验数据。列表法的优点是将数据列成表格,可以简明地表示出有关物理量之间的关系,便于检查测量结果和运算是否合理,有助于发现和分析问题,而且列表法还是图象法的基础。图象法的优点是通过作图可以找到或反映物理量之间的变化关系,并便于找出其中的规律,确定对应量的函数关系。,18,考点一,考点二,考点三,考点三创新实验,例,3,某兴趣小组在做,“,探究做功和物体速度变化关系,”,的实验前,提出以下几种猜想,:,W,v,W,v,2,W,他们的实验装置如图甲所示,PQ,为一块倾斜放置的木块,在,Q,处固定一个速度传感器,(,用来测量物体每次通过,Q,点的速度,),。在刚开始实验时,有位同学提出,不需要测出物体质量,只需测出物体从初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的示数即可,大家经过讨论采纳了该同学的建议。,甲,乙,19,考点一,考点二,考点三,(1),本实验中不需要测量物体质量的理由是什么,?,(2),让物体分别从不同高度无初速度释放,测出物体从初始位置到速度传感器的距离,l,1,、,l,2,、,l,3,、,l,4,、,读出物体每次通过速度传感器,Q,的速度,v,1,、,v,2,、,v,3,、,v,4,、,并绘制了如图乙所示的,l,-,v,图象。根据绘制出的,l,-,v,图象,若为了更直观地看出,l,和,v,的变化关系,他们下一步应该作出,(,),(3),本实验中,木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果,?,答案,解析,解析,关闭,答案,解析,关闭,20,考点一,考点二,考点三,思路引导,物体从斜面滑下,合力做功与动能增量表达式分别是怎样的,?,做实验研究问题,从理论上来说,画出的图线最好是直线还是曲线,?,提示,:,直线。,21,考点一,考点二,考点三,规律总结,解决创新探究实验试题的基础是熟练掌握考试说明要求的物理实验,重点是基本实验器材的使用方法和实验中体现的物理思想,例如平衡摩擦力的方法、用重力代替拉力的方法、控制变量的方法、累积法测量微小量的方法、图象探究物理量关系的方法、微小量放大测量的方法、平均值减小误差的方法等。解决创新探究实验试题的关键是能将学过的实验知识和方法在不同的情境下迁移应用,这对同学的综合分析问题并能运用所学知识解决问题的能力提出了较高的要求。,22,1,2,3,4,5,1,.,在,“,探究功与物体速度变化关系,”,的实验中,每次选取纸带后,我们应选取纸带上的哪些点来求小车的速度,(,),A.,间距均匀的,B.,间距不均匀的,C.,间距均匀的与不均匀的都可,D.,最好是间距均匀的,若纸带上没有间距均匀的,也可用间距不均匀的,答案,解析,解析,关闭,本实验利用小车的末速度,即用间隔均匀部分的纸带求末速度,选项,A,符合题意。,答案,解析,关闭,A,23,1,2,3,4,5,2,.,为了探究动能改变与合外力做功的关系,某同学设计了如下实验方案,:,第一步,:,把带有定滑轮的木板,(,有滑轮的,),一端垫起,把质量为,m,0,的滑块通过细绳与质量为,m,的带夹重锤跨过定滑轮相连,重锤夹后连一穿过打点计时器的纸带,调整木板倾角,直到轻推滑块后,滑块沿木板向下匀速运动,如图甲所示。,第二步,:,如图乙所示,保持长木板的倾角不变,将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处,取下细绳和重锤,将滑块与纸带相连,使纸带穿过打点计时器,然后接通电源,释放滑块,使之从静止开始向下加速运动,打出纸带。打出的纸带如图丙所示。,24,1,2,3,4,5,甲,乙,丙,25,1,2,3,4,5,请回答下列问题,:,(1),已知,O,、,A,、,B,、,C,、,D,、,E,、,F,相邻计数点间的时间间隔为,t,根据纸带求滑块速度,打点计时器打,B,点时滑块速度,v,B,=,。,(2),已知重锤质量为,m,当地的重力加速度为,g,要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块,(,写出物理名称及符号,只写一个物理量,),合外力对滑块做功的表达式,W,合,=,。,(3),算出滑块运动,OA,、,OB,、,OC,、,OD,、,OE,段合外力对滑块所做的功,W,以及在,A,、,B,、,C,、,D,、,E,各点的速度,v,以,v,2,为纵轴、,W,为横轴建立坐标系,描点作出,v,2,-,W,图象,可知该图象是一条,根据图象还可求得,。,答案,解析,解析,关闭,答案,解析,关闭,26,1,2,3,4,5,3,.,某探究学习小组的同学欲探究恒力做功与物体动能变化的关系,他们在实验室组装了一套如图甲所示的装置,另外他们找到的实验器材有打点计时器所用的学生电源一台、天平、刻度尺、导线、复写纸、纸带、小桶和砂子若干,将小车连接上纸带,用细线通过滑轮挂上小砂桶。,甲,27,1,2,3,4,5,(1),某同学的实验步骤如下,:,用天平称量小车的质量,m,0,和砂与砂桶的总质量,m,让砂桶带动小车加速运动,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,算出这两点的速度,v