動能定理-實驗

實驗：探究外力做功與動能變化的關系

190624想辦法證明出等式成立一、探究動能定理1.實驗目的2.實驗原理探究合外力做功與物體動能變化量的關系

常用方案1mM水平實驗臺滑輪小沙桶滑塊細線打點計時器紙帶長木板實驗原理如圖所示，由重物通過滑輪牽引小車，當小車質(zhì)量比重物大得多時，可以把重物所受的重力當做小車受到的細繩拉力。小車運動的距離可以由紙帶測出。改變重物的質(zhì)量或者小車運動的距離，也就改變了細繩拉力做的功。mM水平實驗臺滑輪小沙桶滑塊細線打點計時器紙帶長木板TF阻FNGF阻FNGF2F11、求解合力做功F合S(合力是恒力嗎？)T①平衡摩擦力，F(xiàn)合=T，如何檢驗？②小車質(zhì)量M遠大于鉤碼

的質(zhì)量M,T=mgF合=mg2、求解S所對應的初、末位置動能的改變量3、判斷兩者的關系，得出結(jié)論誤差分析(1)實驗的系統(tǒng)誤差是繩對小車的拉力小于鉤碼的總重力.即 T<mg(2)利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來誤差.TTmg

【例1】某探究學習小組的同學欲驗證“動能定理”，他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置,另外他們還找到了打點計時器所用的學生電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊、細沙．當滑塊連接上紙帶，用細線通過滑輪掛上空的小沙桶時，釋放小桶，滑塊處于靜止狀態(tài)。若你是小組中的一位成員,要完成該項實驗,則:（1）你認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)量應滿足的實驗條件是

，實驗時首先要做的步驟是

．水平實驗臺滑輪小沙桶滑塊細線打點計時器紙帶長木板天平，毫米刻度尺沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量，平衡摩擦力（3）在（2）的基礎上，某同學用天平稱量滑塊的質(zhì)量M．往沙桶中裝入適量的細沙，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與v2（v1<v2）．則本實驗最終要驗證的數(shù)學表達式為

.

（用題中的字母表示實驗中測量得到的物理量）（3）答：0.1960.100①小車質(zhì)量沒有遠大于鉤碼質(zhì)量；②沒有平衡摩擦力；③操作失誤：先放小車后接通電源紙帶小車橡皮筋打點計時器木板

常用方案2

常用方案21、如何求解合力做功W?TF阻FNGF阻FNGF2F1T如何消除其他力的影響？平衡摩擦力

(合力是恒力嗎？)

(能直接用W=F合S求解合力做的功嗎？）如何使彈力做功成倍變化？

選用相同的橡皮筋，且每次實驗橡皮筋發(fā)生的形變量相同（即小車每次從同一位置釋放）

常用方案21、如何求解合力做功W?如何消除其他力的影響？平衡摩擦力

(合力是恒力嗎？)

(能直接用W=F合S求解合力做的功嗎？）如何使彈力做功成倍變化？

選用相同的橡皮筋，且每次實驗橡皮筋發(fā)生的形變量相同（即小車每次從同一位置釋放）

判斷做功W成倍變化時，V2是否成倍變化。ABCDEFG思考：1.小車在橡皮筋的作用下做什么性質(zhì)的運動？2.我們要取的速度是哪個階段的速度？3.這個速度該如何測量？AB

(1)將實驗儀器安裝好，同時平衡摩擦力．

(2)先用一條橡皮筋做實驗，用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1，設此時橡皮筋對小車做的功為W，將這一組數(shù)據(jù)記入表格．

(3)用2條橡皮筋做實驗，實驗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2W，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…做實驗，用同樣的方法測出功和速度，記入表格．橡皮筋條數(shù)位移x/m時間t/s

速度v/(m·s)-1

速度平方v2

(m2·s-2)實驗步驟外力對物體做的功與物體速度的平方成正比.4、實驗結(jié)論5、誤差分析1．誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，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．3．利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來誤差.類型產(chǎn)生原因

減小方法偶然誤差小車速度的測量誤差多次測量x，求平均值

摩擦力做功

平衡摩擦力適當系統(tǒng)誤差橡皮筋的長度、粗細不一選規(guī)格相同的橡皮筋1．平衡摩擦力：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，由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否勻速運動，找到木板一個合適的傾角．2．選點測速：測小車速度時，紙帶上的點應選均勻部分的，也就是選小車做勻速運動狀態(tài)的．3．規(guī)格相同：橡皮筋規(guī)格相同時，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．開始實驗時，小車應靠近打點計時器，并且要先接通電源再釋放小車．5．選擇小車時，小車質(zhì)量應適當大一些，使紙帶上打的點多一些．6、注意事項

1．為了探究功與物體速度變化的關系，現(xiàn)提供如圖5－5－1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下列問題．(打點計時器交流電頻率為50Hz)圖5－5－1(1)為了消除摩擦力的影響應采取什么措施？_______________________________________________.(2)用n條橡皮筋做第n次實驗，得到打出的紙帶如圖5－5－2，請完成表格回答問題：圖5－5－2將木板固定有打點計時器的一端墊起適當?shù)母叨?，使小車緩慢勻速下滑次?shù)1234橡皮筋對小車做的功W小車速度v(m/s)v2

(m2/s2)從表中數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：____________________________在誤差允許的范圍內(nèi)，橡皮筋對小車做的功與小車速度的平方成正比.2W3W4W1.001.421.732.001.002.022.994.00

常用方案3驗證動能定理實驗12