探究動能定理實驗專題(整理)

1、課題探究動能定理實驗課時2班別高三（）班姓名考綱探究外力做功與物體動能變化的定量關(guān)系解讀1、實驗?zāi)康模禾骄客饬ψ龉εc物體動能變化的定量關(guān)系2、實驗原理： （ 1）實驗裝置如圖所示，在砝碼和砝碼盤的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時，可認(rèn)為細(xì)繩的拉力就是砝碼及砝碼盤的重力（F 繩=G 砝碼及砝碼盤） 。（ 2）平衡長木板的摩擦力。（ 3）在砝碼盤中加放砝碼并釋放砝碼盤，木塊將在砝碼盤對它的拉力作用下做勻加速運動在紙帶記錄的物體運動的勻加速階段，適當(dāng)間隔地取兩個點A、 B. 只要取計算一小段位移的平均速度即可確定 A 、 B 兩點各自的速度vA 、 vB ，在這段過程中物體運動的距離s 可通過運動紙帶測出，我們

2、可即算出合外力做的功W 合=F 繩 SAB （F 繩=G 砝碼及砝碼盤） 。另一方面，此過程中物體動能的變化量為，通過比較W 和Ek 的值，就可以找出兩者之間的關(guān)系。3、實驗器材長木板 (一端帶滑輪 )、刻度尺、打點計時器、紙帶、導(dǎo)線、電源、小車、細(xì)線、砝碼盤、砝碼、天平4、實驗裝置5、實驗步驟及數(shù)據(jù)處理(1) 用天平測出木塊的質(zhì)量 M，及砝碼、砝碼盤的總質(zhì)量 m。把器材按圖裝置好紙帶一段固定在小車上，另一端穿過打點計時器的限位孔；(2) 把木塊靠近打點計時器，用手按住先接通打點計時器電源，再釋放木塊，讓它做加速運動當(dāng)小車到達(dá)定滑輪處 (或靜止 )時，斷開電源；（ 3）取下紙帶，重復(fù)實驗，得到

3、多條紙帶；(4) 選取其中點跡清晰的紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，先在紙帶標(biāo)明計數(shù)點，然后取間隔適當(dāng)?shù)膬牲cA 、B 。利用刻度尺測量得出A ，B 兩點間的距離SAB；再利用平均速度公式求A、 B 兩點的速度vA 、vB ；(4) 通過實驗數(shù)據(jù)，分別求出W 合與EkAB ，通過比較W 和Ek 的值，就可以找出兩者之間的關(guān)系。6、誤差分析1 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。2 利用打點的紙帶測量位移，和計算木塊的速度時，不準(zhǔn)確也會帶來誤差。【跟蹤訓(xùn)練】例 1、某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗證“動能定理” ，實驗室組裝了一套如圖所示的裝置， 另外他們還找點計時器所用的學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶

4、、塊、細(xì)沙當(dāng)滑塊連接上紙帶， 用細(xì)線通過滑輪掛小沙桶時，釋放小桶，滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)若你是小組中的一成員，要完成該項實驗，則：打點計時器滑塊他們在細(xì)線滑輪紙帶到了打小 木長木板水平實驗臺上空的小沙桶（ 1 ）你認(rèn)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和沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質(zhì)量應(yīng)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(chǔ)上，某同學(xué)用天平稱量滑塊的質(zhì)量M往沙桶中裝入適量的細(xì)沙，用天平稱出此時沙和沙桶的總質(zhì)量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

5、 與 v2（ v1< v2 ）則本實驗最終要驗證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為（用題中的字母表示實驗中測量得到的物理量）例 2 在“探究恒力做功與物體的動能改變量的關(guān)系”的實驗中備有下列器材：A. 打點計時器；B. 天平；C 秒表； D. 低壓交流電源； E. 電池； F. 紙帶； G. 細(xì)線、砝碼、小車、砝碼盤； H. 薄木板(1) 其中多余的器材是 _ ，缺少的器材是_ (2)測量時間的工具是 _ ；測量質(zhì)量的工具是 _ (3)圖實 5 12 所示是打點計時器打出的小車(質(zhì)量為 m)在恒力 F 作用下做勻加速直線運動的紙帶測量數(shù)據(jù)已用字母表示在圖中，打點計時器的打點周期為T. 請分析，利用這些數(shù)據(jù)能

6、否驗證動能定理？若不能，請說明理由；若能，請說出做法，并對這種做法做出評價例 3某探究小組利用氣墊導(dǎo)軌和光電門計時器等裝置(如圖所示 ) 探究動能定理他們通過改變滑輪下端的小盤中沙子的質(zhì)量來改變滑塊水平方向的拉力；滑塊上裝有寬為d 的擋光片實驗中，用天平稱出小盤和沙子的總質(zhì)量為m，滑塊 (帶擋光片 )的質(zhì)量為M，計時器顯示擋光片經(jīng)過光電門1 和 2 的時間分別為t1 、t2.(1) 在滿足 _的條件下，才可以認(rèn)為小盤和沙子的重力所做的功等于滑塊動能的改變量(2) 實驗中還必須測量的物理量是_，試寫出本次探究的原理表達(dá)式(用測量量和已知量表示 )_ 實驗方法二：利用橡皮筋做功探究動能定理1、實驗

7、目的用實驗方法探究動能定理2、實驗原理外力對物體所做功等于物體動能增量。（注意：實驗中，可以通過改變橡皮筋的根數(shù)，達(dá)到改變外力做功；通過打電計時器記錄物體運動，分析物體的速度，從而得到它的動能增量；當(dāng)然也可以直接利用光電門測出物體獲得的速度）3、實驗器材紙帶橡皮筋打電計時器，物體，電源，橡皮筋（保證近似相同），木板（或：汽墊導(dǎo)軌，光電計時裝置）打點計時器4、實驗步驟1 按圖把實驗器材安裝好，并平衡摩擦力。（調(diào)整有打點計時器一端的長木板高度）2 用一根橡皮筋套住物塊，拉至某位置O，接通電源，放開物塊，打點計時器在紙帶上打下一系列點，取下紙帶，在紙帶上寫上編號。3 改變橡皮筋根數(shù)，從同一位置O ，

8、釋放物塊，得到一系列紙帶4 通過紙帶數(shù)據(jù)處理，得到物塊的速度v5、數(shù)據(jù)處理先對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行估計，或者作個W-v 草圖，大致判斷兩個量可能是什么關(guān)系。如果認(rèn)為可能是W v2 ，對于每一個速度值算出它的二次方，然后以W 為縱坐標(biāo)、 v2 為橫坐標(biāo)作圖，如果這樣作出來的圖象是一條直線，說明兩者關(guān)系真的就是W v2 。6、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 利用打點的紙帶計算小車的速度時，測量不準(zhǔn)會帶來誤差。7、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

9、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做勻速運動，找到木板一個合適的傾角。2 測小車速度時，應(yīng)選紙帶上點距均勻的部分，也就是選小車做勻速運動時打在紙帶上的點。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。這是本實驗的技巧之一，這里通過轉(zhuǎn)換單位的方法巧妙地解決了這一難題，這也是物理實驗中常用的一種思想和手段?！靖櫽?xùn)練】紙帶例 4 、如下圖所示， 是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究“橡皮筋橡皮筋做的功和物體速度變化的關(guān)系”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.

10、 當(dāng)我們用 2 條、3 條完全相同的打點計時器橡皮筋并在一起進(jìn)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的紙帶測出(1) 除了圖中的已給出的實驗器材外，還需要的器材有_ ；(2) 實驗時為了使小車只在橡皮筋作用下運動，應(yīng)采取的措施是_ ；(3) 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(jìn)行測量；(4) 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；(5) 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 _. 請你運用數(shù)據(jù)表中測

11、定的數(shù)據(jù)在右上圖所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗證理論的正確性；例 5 、物體在空中下落的過程中，重力做正功，物體的動能越來越大，為了“探究重力做功和物體動能變化的定量關(guān)系” ，我們提供了如圖所示的實驗裝置(1) 某同學(xué)根據(jù)所學(xué)的知識結(jié)合右圖設(shè)計一個本實驗情景的命題：如圖如示， 質(zhì)量為 m 的小球在重力 mg 作用下從開始端自由下落至光電門發(fā)生的 _，通過光電門時的 _ ，試探究重力做的功 _與小球動能變化量 _ 的定量關(guān)系（請在空格處填寫物理量的名稱和對應(yīng)符號；在空格處填寫數(shù)學(xué)表達(dá)式）(2) 某同學(xué)根據(jù)上述命題進(jìn)行如下操作并測出如下數(shù)字用天平測定小球的質(zhì)量為0.50 kg ；用游標(biāo)尺測出小球的

12、直徑為10.0 mm ；用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離為82.80 cm ；電磁鐵先通電，讓小球吸在開始端；電磁鐵斷電時，小球自由下落；在小球經(jīng)過光電門時間內(nèi)，計時裝置記下小球經(jīng)過光電門所用時間為2.50 ×10 3s，由此可算得小球經(jīng)過光電門的速度為_m/s.計算得出重力做的功為_J ，小球動能變化量為_J (g 取 9.8 m/s2 ，結(jié)果保留三位數(shù)字)(3) 試根據(jù) (2) 下好本實驗的結(jié)論：_探究動能定理實驗專題答案1、答案：（ 1 ）天平，刻度尺（2 ）沙和沙桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量平衡摩擦力（ 3 ）2、 (1)C 、E毫米刻度尺(2) 電磁打點計時器天平 (3) 略解析 1(3) 能從 A 到 B 的過程中，恒力做的功為WAB FsAB ，物體動能的變化量為EkB EkA mv2B 211sB 21sA 21sB 21sA 22mv2A m m2T，只要驗證 FsAB m m即可， F 為砝碼的重力，可讀取22T222T22T優(yōu)點： A 、 B 兩點的距離較遠(yuǎn)，測量時的相對誤差