實(shí)驗(yàn)五探究動能定理.ppt

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1探究外力對物體做功與物體速度的關(guān)系 2通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出做功與物體速度平方的 正比關(guān)系,二、實(shí)驗(yàn)原理 1不是直接測量對小車做功，而是通過改變橡皮筋條數(shù)確 定對小車做功W、2W、3W. 2由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點(diǎn) 計(jì)時(shí)器測出，也可以用其他方法測出這樣，進(jìn)行若干 次測量，就得到若干組功和速度的數(shù)據(jù) 3以橡皮筋對小車做的功為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度為橫 坐標(biāo)，作出Wv曲線，分析這條曲線，可以得知橡皮筋 對小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系,三、實(shí)驗(yàn)器材 小車(前面帶小鉤)、100 g200 g砝碼、長木板，兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置釘兩個(gè)鐵釘、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及紙帶、學(xué)生電源及導(dǎo)線(使用電火花計(jì)時(shí)器不用學(xué)生電源)、56條等長的橡皮筋、刻度尺,四、實(shí)驗(yàn)步驟 1按如圖實(shí)11所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好，同時(shí)平衡摩 擦力,圖實(shí)11,2先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測出小 車獲得的速度v1，設(shè)此時(shí)橡皮筋對小車做的功為W1， 將這一組數(shù)據(jù)記入表格 3用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長度與第 一次相同，這樣橡皮筋對小車做的功為W2，測出小車 獲得的速度v2，將數(shù)據(jù)記入表格 4用3條、4條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用同樣的方法測出功和 速度，記入表格,五、數(shù)據(jù)處理 1測量小車的速度：實(shí)驗(yàn)獲得如圖 實(shí)12所示的紙帶，為探究橡 皮筋彈力做功和小車速度的關(guān)系， 需要測量彈力做功結(jié)束時(shí)小車的 速度，即小車做勻速運(yùn)動的速度， 應(yīng)在紙帶上測量A1、A2間的距離s， 則小車速度的表達(dá)式為v (T為 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔),圖實(shí)12,2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄,3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析：在坐標(biāo)紙上(圖實(shí)13)畫出 Wv和Wv2圖線(“W”以一根橡皮筋做的功為單位) 4實(shí)驗(yàn)結(jié)論：從圖象可知功與物體速度變化的關(guān)系為 Wv2.,圖實(shí)13,六、注意事項(xiàng) 1平衡摩擦力很關(guān)鍵，將木板一端墊高，使小車重力沿 斜面向下的分力與摩擦阻力平衡方法是輕推小車， 由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是 否勻速運(yùn)動，找到木板一個(gè)合適的傾角 2測小車速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻部分的，也就是 選小車做勻速運(yùn)動狀態(tài)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(jì)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(diǎn)多一些,七、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(shí)傾角過大 3利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí)，測量不準(zhǔn)帶來 誤差,八、實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 本實(shí)驗(yàn)中物體運(yùn)動的速度可以使用速度傳感器直接采集，比用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器方便快捷且誤差較??；實(shí)驗(yàn)情景也可加以改進(jìn)，如研究物體以不同的初速度沿粗糙水平面滑動的距離，得出物體的初動能大小與克服摩擦力做功的情況，這時(shí)必須保證物體與水平面上各處的動摩擦因數(shù)相同,(2009安徽高考)探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí) 14所示，實(shí)驗(yàn)主要過程如下,圖實(shí)14,(1)設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W； (2)分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，求出小車的速度v1、v2、v3； (3)作出Wv草圖； (4)分析Wv圖象如果Wv圖象是一條直線，表明Wv；如果不是直線，可考慮是否存在Wv2、Wv3、W 等關(guān)系,以下關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說法中有一項(xiàng)不正確，它是_ A本實(shí)驗(yàn)設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實(shí)驗(yàn)中使橡皮筋拉伸的長度保持一致當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對小車做的功為W，用2條、3條橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對小車做的功分別是2W、3W B小車運(yùn)動中會受到阻力，補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ嚎梢允鼓景暹m當(dāng)傾斜,.,C某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中得到一條記錄紙帶紙帶上打出的點(diǎn)，兩端密、中間疏出現(xiàn)這種情況的原因可能是沒有使木板傾斜或傾角太小 D根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn)，求小車獲得的速度的方法是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的距離來進(jìn)行計(jì)算,解題指導(dǎo) 放開小車之后，小車在橡皮筋的作用下開始加速運(yùn)動，等到橡皮筋與小車分離之后，小車做勻速直線運(yùn)動本實(shí)驗(yàn)中測的速度是小車勻速運(yùn)動的速度，而不是整個(gè)過程的平均速度，因此研究紙帶上打下的點(diǎn)一定是那些均勻分布的點(diǎn),答案 D,為了探究力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系，現(xiàn)提供如圖實(shí)15所示的器材，讓小車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行，請思考探究思路并回答問題(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電頻率為50 Hz)：,圖實(shí)15,(1)為了消除摩擦力的影響應(yīng)采取什么措施？ (2)當(dāng)我們分別用同樣的橡皮筋1條、2條、3條并起來進(jìn)行第1次、第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長度應(yīng)都保持一致，我們把第1次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋對小車做的功記為W.,(3)由于橡皮筋對小車做功而使小車獲得的速度可以由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測出，如圖實(shí)16所示是其中四次實(shí)驗(yàn)打出的部分紙帶,圖實(shí)16,(4)試根據(jù)第(2)、(3)中的信息，填寫下表,從表中數(shù)據(jù)可得出的結(jié)論是： .,解題指導(dǎo) (1)將木板固定有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，使小車能夠勻速下?(4)由勻速運(yùn)動的速度公式v 其中s從圖上讀出分別為2.00 cm、2.83 cm、3.46 cm、4.00 cm.tT 0.02 s，即可求出小車的速度,橡皮筋對小車做功與小車速度的平方成正比,答案 見解題指導(dǎo),(2008廣東高考)某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖實(shí)17所示的裝置探究“動能定理”，圖中小車內(nèi)可放置砝碼實(shí)驗(yàn)中，小車碰到制動裝置時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50 Hz.,圖實(shí)17,(1)實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下： 在小車中放入砝碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車后端，用細(xì)線連接小車和鉤碼； 將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，_，_，小車拖動紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一列點(diǎn)，_； 改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復(fù)的操作,(2)圖實(shí)18所示是鉤碼質(zhì)量為0.03 kg、砝碼質(zhì)量為0.02 kg時(shí)得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點(diǎn)O及A、B、C、D和E五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離x及對應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度v，請將C點(diǎn)的測量結(jié)果填在下表中的相應(yīng)位置,圖實(shí)18,(3)在小車的運(yùn)動過程中，對于鉤碼、砝碼和小車組成的系統(tǒng)，_做正功，_做負(fù)功 (4)實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出了如圖實(shí)19所示的圖線(其中v2v2v02)，根據(jù)圖線可獲得的結(jié)論是_要驗(yàn)證“動能定理”，還需測量的物理量是摩擦力和_,圖實(shí)19,解題指導(dǎo) (1)為了使打第1點(diǎn)時(shí)速度為零，應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，再釋放小車小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近的目的是充分利用紙帶，在紙帶上打出盡可能多的點(diǎn)在小車停止運(yùn)動后，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器停止工作 (2)對于C點(diǎn)到O點(diǎn)的距離x，可由紙帶分析得出為6.08 cm1.00 cm5.08 cm.C點(diǎn)對應(yīng)小車的瞬時(shí)速度可用B、D兩點(diǎn)間的平均速度來求，即vC 49 cm/s0.49 m/s.,(3)對于鉤碼、砝碼和小車組成的系統(tǒng)，鉤碼的重力對系統(tǒng)做正功，系統(tǒng)所受的摩擦阻力對其做負(fù)功 (4)根據(jù)v2x圖象為過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線可得出v2s的結(jié)論要驗(yàn)證動能定理需明確合外力所做的功和物體(小車和砝碼)動能的變化合外力做功應(yīng)為W合mgxFfx(其中F