第2章 實(shí)驗(yàn)：探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系

1、.實(shí)驗(yàn)：探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄亢懔ψ龉εc動(dòng)能改變的關(guān)系二、實(shí)驗(yàn)原理在鉤碼的拉動(dòng)下，小車的速度發(fā)生了變化，也就是小車的動(dòng)能發(fā)生了變化鉤碼對(duì)小車的拉力對(duì)小車做了功，只要能求出小車動(dòng)能的變化量、小車運(yùn)動(dòng)的位移以及鉤碼對(duì)小車的拉力近似等于鉤碼的重力，就可以研究WFs與Ek之間的關(guān)系三、實(shí)驗(yàn)器材長(zhǎng)木板一端附有滑輪、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、鉤碼假設(shè)干、小車、紙帶、復(fù)寫紙片、刻度尺、細(xì)線實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示圖1一、實(shí)驗(yàn)步驟1將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上，把紙帶的一端固定在小車的后面，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器2改變木板傾角，使小車重力沿斜木板方向的分力平衡小車及紙帶受到的摩擦力，使小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)3用細(xì)線

2、將木板上的小車通過(guò)一個(gè)定滑輪與懸吊的鉤碼相連接通電源，放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)4更換紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)選擇一條點(diǎn)跡明晰的紙帶進(jìn)展數(shù)據(jù)分析二、數(shù)據(jù)處理1應(yīng)用紙帶求解速度：小車在細(xì)線的拉力作用下，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)初速度和末速度可通過(guò)處理紙帶求得根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)計(jì)算某點(diǎn)的瞬時(shí)速度：vn.2計(jì)算恒力所做的功：在紙帶上記下第一點(diǎn)O的位置，再在紙帶上任意點(diǎn)開場(chǎng)選取n個(gè)點(diǎn)1、2、3、4并量出各點(diǎn)到位置O的間隔 ，即為小車運(yùn)動(dòng)的位移s，由此可計(jì)算拉力所做的功W1mgs1，W2mgs23確定物體動(dòng)能的改變量：E1Mv，E2Mv三、本卷須知1實(shí)驗(yàn)中不可防止地要受到摩擦力的

3、作用，摩擦力對(duì)小車做負(fù)功，我們研究拉力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系，應(yīng)該設(shè)法消除摩擦力的影響，可采取將木板一端墊高的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，將木板一端墊高，使重力沿斜面方向的分力與摩擦力相平衡，就能消除摩擦力的影響2盡量減小小車的加速度因?yàn)殂^碼拉著小車加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉤碼處于失重狀態(tài)，小車受到的拉力小于鉤碼的重力為減小這一系統(tǒng)誤差，應(yīng)使小車的加速度盡量小，也就是實(shí)驗(yàn)中必須滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量3由于本實(shí)驗(yàn)要求小車由靜止開場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，所以應(yīng)正確選取O點(diǎn)位置，選取第一個(gè)點(diǎn)跡明晰的紙帶，其他點(diǎn)的位置盡量離O點(diǎn)遠(yuǎn)些四、誤差分析本實(shí)驗(yàn)的誤差主要來(lái)源于拉力略小于鉤碼的重力、不能完全平衡摩擦力、起始點(diǎn)O的速度不為零和測(cè)量誤

4、差等方面.實(shí)驗(yàn)探究1實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)想要驗(yàn)證“動(dòng)能定理，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室組裝了一套裝置如圖2所示，另外還有交流電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、細(xì)沙以及天平都沒畫出來(lái)當(dāng)滑塊連接上紙帶，用細(xì)線通過(guò)滑輪掛上空的小沙桶時(shí)，釋放小桶，滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)假如要完成該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，那么：圖21還需要的實(shí)驗(yàn)器材是A秒表B刻度尺C彈簧測(cè)力計(jì) D重錘2進(jìn)展實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，首先要做的步驟是_.3在2的根底上，某同學(xué)用天平稱出滑塊的質(zhì)量M.往沙桶中裝入適量的細(xì)沙，并稱出此時(shí)沙和沙桶的總質(zhì)量m.為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小根本相等，沙和沙桶的總質(zhì)量m應(yīng)滿足的實(shí)驗(yàn)條件是_實(shí)驗(yàn)時(shí)釋放滑塊讓沙桶帶著滑塊加速運(yùn)動(dòng)，用打點(diǎn)

5、計(jì)時(shí)器打相鄰兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T記錄其運(yùn)動(dòng)情況的紙帶如圖3所示，紙帶上開場(chǎng)的一些點(diǎn)較模糊未畫出，其他的每?jī)牲c(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)也未畫出，現(xiàn)測(cè)得O到E點(diǎn)間的長(zhǎng)為L(zhǎng)，D到F點(diǎn)間的長(zhǎng)為s，那么E點(diǎn)速度大小為_假設(shè)取O點(diǎn)的速度為v1、E點(diǎn)速度為v2那么本實(shí)驗(yàn)最終要驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為_圖3【解析】1要完成該實(shí)驗(yàn)需要測(cè)定合外力做的功W及滑塊的初、末動(dòng)能Ek1、Ek2，因此需要測(cè)定滑塊的運(yùn)動(dòng)位移，給出的幾種器材中需要刻度尺，選項(xiàng)B正確2為了便于操作，應(yīng)使細(xì)線對(duì)滑塊的拉力就是滑塊受到的合外力，因此，應(yīng)該首先平衡滑塊受到的摩擦力3滑塊與沙桶和沙子組成的系統(tǒng)加速運(yùn)動(dòng)，為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小根本相等

6、，就要求沙子和沙桶的合外力近似為零，因此，需要滿足mM；打下D、F兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為t2×5T10T，點(diǎn)E是中間時(shí)刻打的點(diǎn)，因此vE；O點(diǎn)的動(dòng)能為Ek1Mv，E點(diǎn)的動(dòng)能為Ek2Mv，該過(guò)程合外力做的功為WmgL，為了驗(yàn)證動(dòng)能定理，需要驗(yàn)證mgLMvMv成立【答案】1B2平衡摩擦力3mMmgLMvMv實(shí)驗(yàn)探究2數(shù)據(jù)處理和誤差分析某同學(xué)為探究“合力做功與物體速度變化的關(guān)系，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，他的操作步驟是：按圖4擺好實(shí)驗(yàn)裝置，其中小車質(zhì)量M0.20 kg，鉤碼總質(zhì)量m0.05 kg.釋放小車，然后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源電源頻率為f50 Hz，打出一條紙帶圖41他在屢次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自

7、認(rèn)為滿意的一條，如圖5所示把打下的第一點(diǎn)記作0，然后依次取假設(shè)干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出，用厘米刻度尺測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)間隔 分別為d10.004 m，d20.055 m，d30.167 m，d40.256 m，d50.360 m，d60.480 m，他把鉤碼重力當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.8 m/s2作為小車所受合力算出打下0點(diǎn)到打下第5點(diǎn)合力做功W_J結(jié)果保存三位有效數(shù)字，打下第5點(diǎn)時(shí)小車的速度v5_m/s結(jié)果保存三位有效數(shù)字圖52此次實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果，他沒能得到“合力對(duì)物體做的功Wv2的結(jié)論，且誤差很大通過(guò)反思，他認(rèn)為產(chǎn)生誤差的原因如下，其中正確的選項(xiàng)是_A鉤碼質(zhì)量太大，使得合力對(duì)

8、物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多B沒有平衡摩擦力，使得合力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多C釋放小車和接通電源的次序有誤，使得動(dòng)能增量的測(cè)量值比真實(shí)值偏小D沒有使用最小刻度為毫米的刻度尺測(cè)間隔 也是產(chǎn)生此誤差的重要原因【解析】1根據(jù)題意物體所受合外力為：Fmg0.05×9.8 N0.49 N，根據(jù)功的定義可知：WFd50.176 J；根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過(guò)程中的平均速度，可以求出第5個(gè)點(diǎn)的速度大小為：v5 m/s1.12 m/s.2設(shè)繩子上拉力為F，根據(jù)牛頓第二定律有：對(duì)小車：FMa對(duì)鉤碼：mgFma聯(lián)立可得F，由此可知當(dāng)Mm時(shí)，鉤碼的重力等于繩子的拉力，因此當(dāng)鉤碼質(zhì)量太大時(shí)，會(huì)造成較大誤差，故A正確；實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)展平衡摩擦力操作，假設(shè)