實(shí)驗(yàn)五-探究動(dòng)能定理

實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理二、實(shí)驗(yàn)原理如圖實(shí)-5-l所示，小車在橡皮筋的作用下彈出．沿木板滑行．當(dāng)我們用2條、3條……同樣的橡皮筋進(jìn)行第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都保持一致．那么，第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小車做的功就是第一次的2倍、3倍……如果把第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋的功記為W，以后各次的功就是2W、3W……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)行假設(shè)干次測量，就得到假設(shè)干組功和速度的數(shù)據(jù)．以橡皮筋對(duì)小車做的功為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度為橫坐標(biāo)，以第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的功w為單位．作出W-V曲線,即功-速度曲線．分析這條曲線，可以得知橡皮筋對(duì)小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系或作出W-V2圖象,指出W與V2的關(guān)系,進(jìn)而找出功與動(dòng)能變化之間的關(guān)系．三、實(shí)驗(yàn)器材小車(前面帶小鉤)、長木板(兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶?duì)稱位置釘兩個(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)、5～6條等長的橡皮筋、刻度尺．四、實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理1．按圖實(shí)-5-1所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好，同時(shí)平衡摩擦力．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(duì)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，這時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為W2,測出小車獲得的速度V2．將數(shù)據(jù)記人表格．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，記人表格.5．分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論(1)測量小車的速度：實(shí)驗(yàn)獲得如圖實(shí)-5-2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(dòng)的速度，應(yīng)在紙帶上測量的物理量是A1、A2間的距離s，小車速度的表達(dá)式是v=s/T=手(T為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的時(shí)間間隔)。(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)-5-3)畫出W-V和W-V2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W∝V2五、考前須知1．平衡摩擦力：實(shí)驗(yàn)中的小車不可防止地要受到摩擦力的作用，摩擦力對(duì)小車做負(fù)功，我們研究的是橡皮筋做的功與物體速度的關(guān)系，應(yīng)設(shè)法排除摩擦力的影響，可采用將木板一端墊高的方法來實(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．判斷已平衡掉摩擦力的方法是：輕推一下小車，觀察小車不受其他力時(shí)能在木板上做勻速運(yùn)動(dòng)．2．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上相鄰各點(diǎn)的間距并不均勻，應(yīng)選間距均勻的那一段紙帶來計(jì)算小車的速度，因?yàn)檫@一段是橡皮筋對(duì)小車做功完畢時(shí)的情形．3．本實(shí)驗(yàn)并不需要測量橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只是測出以后各次實(shí)驗(yàn)橡皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的多少倍，這樣做可以大大簡化操作．六、誤差分析1．誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細(xì)不一，使橡皮筋的拉力與橡皮筋的條數(shù)不成正比．2．平衡摩擦力不徹底或平衡過了也會(huì)造成誤差．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．練習(xí)：1.(2023牛濟(jì)南模擬)在用圖實(shí)-5-4所示裝置做“探究動(dòng)能定理〞的實(shí)驗(yàn)時(shí)，以下說法正確的選項(xiàng)是()A．通過改變橡皮筋的條數(shù)改變拉力做功的數(shù)值B．通過改變橡皮筋的長度改變拉力做功的數(shù)值C．通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度D．通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度【解析】此題主要考查本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理，考查考生的理解能力．實(shí)驗(yàn)中通過增加橡皮筋的條數(shù)，使橡皮筋對(duì)小車做的功成倍增加，故A正確，B錯(cuò)誤．小車的速度對(duì)應(yīng)的是橡皮筋對(duì)小車做功完畢后的情形，故C正確，D錯(cuò)誤．【答案】AC2．在“探究動(dòng)能定理〞的實(shí)驗(yàn)中，假設(shè)畫出W-V的圖象，應(yīng)為圖實(shí)-5-9中的哪個(gè)圖()答案：B3．某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗(yàn)證“動(dòng)能定理〞，他們在實(shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖實(shí)-5-11所示的裝置，另外他們還找到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的學(xué)生電源一臺(tái)、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、滑塊、小沙桶、細(xì)沙假設(shè)干．當(dāng)滑塊連接上紙帶，用細(xì)線通過滑輪掛上空的小沙桶時(shí)，釋放小沙桶，滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)．(1)本實(shí)驗(yàn)還需要的實(shí)驗(yàn)器材有(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)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)量應(yīng)滿足的實(shí)驗(yàn)條件是，實(shí)驗(yàn)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，用天平稱出此時(shí)沙和沙桶的總質(zhì)量m．讓沙桶帶動(dòng)滑塊加速運(yùn)動(dòng)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄其運(yùn)動(dòng)情況．在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上取兩點(diǎn)，測出這兩點(diǎn)的間距L和這兩點(diǎn)的速度大小V1和V2(V1<V2)．那么對(duì)滑塊，本實(shí)驗(yàn)最終要驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為(用題中的字母表示)．答案：(1)天平刻度尺(2)沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量平衡摩擦力(3)4．為了“探究動(dòng)能定理〞，查資料得知，彈簧的彈性勢能，其中K是彈簧的勁度系數(shù)，X是彈簧長度的變化量．某同學(xué)就設(shè)想用壓縮的彈簧推靜止的小球(質(zhì)量為m)運(yùn)動(dòng)來探究這一問題．為了研究方便，把小鐵球o放在水平桌面上做實(shí)驗(yàn)．讓小鐵球o在彈力作用下運(yùn)動(dòng)，即只有彈簧推力做功．該同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下：首先進(jìn)行如圖實(shí)-5-12甲所示的實(shí)驗(yàn)：將輕質(zhì)彈簧豎直掛起來，在彈簧的另一端掛上小鐵塔o，靜止時(shí)測得彈簧的伸長量為d．在此步驟中，目的是要確定物理量，用m、d、g表示為．接著進(jìn)行如圖實(shí)-5-12乙所示的實(shí)驗(yàn)：將這根彈簧水平放在桌面上．一端固定，另一端被小鐵球o壓縮，測得壓縮量為x，釋放彈簧后，小鐵球o被推出去，從高為h的水平桌面上拋出，小鐵球o在空中運(yùn)動(dòng)的水平距離為L．小鐵球o的初動(dòng)能Ek1=小鐵球o的末動(dòng)能Ek2=．(用m、h、L、g表示)彈簧對(duì)小鐵球o做的功W=．(用m、x、d、g表示)比照W和Ek2—Ek1，就可以得出“外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系〞，即在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，外力所做的功等于物體動(dòng)能的變化．5.(2023年宿遷模擬)為了探究力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系，現(xiàn)提供如圖實(shí)-5-5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(qǐng)思考探究思路并答復(fù)以下問題(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器交流電頻率為50Hz)：(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)中橡皮筋控仲的長度應(yīng)都保持一致，我們把第1次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功記為w．(3)由于橡皮筋對(duì)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)一5-6所示是其中四次實(shí)驗(yàn)打出的局部紙帶．(4)試根據(jù)第(2)、(3)項(xiàng)中的信息，填寫下表．從表中數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：6．〔2023廣東物理16〕某實(shí)驗(yàn)小組采用圖1-1所示的裝置探究“動(dòng)能定理〞，圖中小車中可放置砝碼，實(shí)驗(yàn)中，小車碰到制動(dòng)裝置時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面，打點(diǎn)針時(shí)器工作頻率為50Hz.〔1〕實(shí)驗(yàn)的局部步驟如下：①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；②將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，，，小車拖動(dòng)紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一列點(diǎn)，；③改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復(fù)②的操作。〔2〕圖1-2是鉤碼質(zhì)量為0.03kg，砝碼質(zhì)量為0.02kg時(shí)得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點(diǎn)0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0的距離5及對(duì)應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度v，請(qǐng)將C點(diǎn)的測量結(jié)果填在表1中的相應(yīng)位置.圖1—2〔3〕在上車的運(yùn)動(dòng)過程中，對(duì)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)繪出了圖13中的圖線〔其中Δv2=v2-v20〕,根據(jù)圖線可獲得的結(jié)論是.要驗(yàn)證“動(dòng)能定理〞，還需要測量的物理量是摩擦力和紙帶的測量結(jié)果測量點(diǎn)s/cmv/〔m·s—1〕OABC_______________DE6.答案：〔1〕②接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源釋放小車關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源〔2〕5.05-5.100.48-0.50〔答案在此范圍內(nèi)都可〕〔3〕鉤碼的重力小車所受的摩擦阻力〔4〕小車初、末速度的平方差與位移成正比小車的質(zhì)量【解析】與“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律〞實(shí)驗(yàn)類似，應(yīng)先接通電源讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后釋放小車，注意到O點(diǎn)對(duì)應(yīng)刻度為，故C點(diǎn)位移讀數(shù)應(yīng)該為，末位“6〞為估讀數(shù)字，利用“勻變速直線運(yùn)動(dòng)，中間時(shí)刻瞬時(shí)速度等于全程平均速度〞這一推論可求出C點(diǎn)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的小車速度，，鉤碼重力對(duì)系統(tǒng)做正功，小車所受摩擦阻力做負(fù)功，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的圖線為傾斜的過原點(diǎn)直線，說明小車初、末速度的平方差與位移成正比，動(dòng)能定理內(nèi)容是“合外力做功等于內(nèi)能增量〞，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)得到，所以還必須要測量出摩擦力f與小車質(zhì)量M.7．〔2023安徽理綜，21，6分〕探究力對(duì)原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，試驗(yàn)裝置如下圖，試驗(yàn)主要過程如下：〔1〕設(shè)法讓橡皮筋對(duì)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、、、…;〔3〕做出W-v草圖；〔4〕分析W-v圖像。如果W-v圖像是一條直線，說明W∝v；如果不是直線，可考慮是否存在W∝、W∝、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(duì)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)室，橡皮筋對(duì)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(duì)小車做的功分別是2W、3W…。B小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力，補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ梢允鼓景暹m當(dāng)傾斜。[來源:學(xué)*科*網(wǎng)Z*X*X*K]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。7．答案：=1\*ROMANI．23.0mA，0.57V，320Ω=2\*ROMANII．〔1〕3，0.6，1，0～10?！?〕電壓表的分流=3\*ROMANIII答案：D。圖128．〔2023廣東物理，15，10分〕某實(shí)驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動(dòng)能定理〞，如圖12，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)線將其通過一個(gè)定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。在水平桌面上相距的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器記錄小車通過A、B時(shí)的速度大小。小車中可以放置砝碼。圖12〔1〕實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：①測量________和拉力傳感器的總質(zhì)量M1;把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路；②將小車停在C點(diǎn)，__________，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄細(xì)線拉力及小車通過A、B時(shí)的速度。③在小車中增加砝碼，或_______________，重復(fù)②的操作?！?〕表1是他們測得的一組數(shù)據(jù)，其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量m之和，|v22－v21|是兩個(gè)速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量△E，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力