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1、实验五：探究动能定理,1实验目的：探究外力做功与物体速度变化的关系 2实验原理,探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力对物体做的 功，测出力与物体做不同功时物体的速度为简化实验可将物 体初速度设置为零，可用图 S5-1 所示的装置进行实验，通过增 加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加，再通过打点,计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度 v.,图 S5-1,3实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、小车(前有小 钩)、电源、导线、砝码、56条等长橡皮筋、刻度尺、长木板、 铁钉等,4实验步骤,(1)按图 S5-1 所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力 (2)先用 1 条橡皮筋做实验，用打点计
2、时器和纸带测出小车 获得的速度 v1，设此时橡皮筋对小车做的功为 W1，将这一组数,据记入表格,(3)用 2 条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一 次相同，这样橡皮筋对小车做的功为 W2，测出小车获得的速度 v2，将数据记入表格,(4)用 3 条、4 条做实验，用同样的方法测出功和速度，,记入表格,间的距离s，则v (其中T为打点周期),5实验分析,(1)数据分析,小车速度的求法：实验获得如图 S5-2 所示纸带，利用纸 带上点迹均匀的一段测出两点间的距离，如纸带上 A、B 两点,图 S5-2,实验数据记录：建立上述表格，求出 v2 值,在坐标纸上分别作出 Wv 和 Wv2 图线，以
3、1 条橡皮,筋做的功为单位,图 S5-3,图 S5-4,(2)在_条件下，可以认为绳对小车的拉力近似 等于沙和沙桶的总重力，在控制_不变的情况下， 可以探究加速度与合力的关系(小车质量为 M，沙和桶的质量 为 m),(3)在此实验中，此同学先接通计时器的电源，再放开纸带， 如图 S5-4 所示是在沙和沙桶的质量为 m，小车质量为 M 情况 下打出的一条纸带，O 为小车开始运动打下的第一点，A、B、 C 为过程中的三个相邻的计数点，相邻的计数点之间有四个点 没有标出，有关数据如图所示，其中 hA42.05 cm，hB 51.55 cm，hC62.00 cm，则小车的加速度为 a_ m/s2， 打
4、 B点时小车的速度为 vB_ m/s.(保留两位有效数字),(4)mghB,(4)在此实验中，要探究小车运动的动能定理，要满足一个 怎样的关系式_(用题中的 字母符号表示，不要求计数结果),答案：(1)电火花,匀速直线运动(或均匀打点),M(或,(2)mM (或沙和沙桶的总质量远小于小车的质量) 小车的质量),(3)0.95 1.0,热点 1,对实验基本原理和步骤的考查,【例 1】(双选)在用如图 S5-5 所示装置做“探究动能定理”,的实验时，下列说法正确的是(,),图 S5-5,A通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值 B通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值,C通过打点计时器打下的纸带来
5、测定小车加速过程中获,得的最大速度,D通过打点计时器打下的纸带来测定小车的动能,解析：实验通过增加橡皮筋的条数，使橡皮筋对小车做的 功成倍增加，故 A 正确，B 错误小车的速度对应的是橡皮筋 对小车做功完毕时的情形，故 C 正确，D 错误,答案：AC,思路导引：考察实验原理，如何改变做功数值，测定最终,获得的动能,【触类旁通】,1(2013 年佛山二模)某探究学习小组“验证动能定理”的,实验装置如图 S5-6 所示,图 S5-6,(1)实验时首先要平衡摩擦力：取下沙桶，把木板不带滑轮 的一端垫高，轻推小车，让小车_(填“拖着”或“不拖 着”)纸带运动,(2)打点计时器使用频率为 50 Hz 的
6、交流电，记录小车运动 的纸带如图 S5-7 所示在纸带上相邻两计数点之间还有四个点 未画出本实验需根据此纸带计算_(填“速度”或“加 速度”)的值，其中小车通过计数点“B”时，该值_. (结果保留两位有效数字),图 S5-7,(3)若实验室没有沙桶只有钩码，每个钩码质量 m50 g， 小车总质量M200 g，用该实验装置验证动能定理，则需验证 重力对钩码所做的功是否等于 _( 填“小车 ”或 “小车和钩码”)动能的增量,答案：(1)拖着,(2)速度,0.13 m/s,(3)小车和钩码,热点 2,创新实验,【例 2】某实验小组采用如图 S5-8 所示的装置(实验中，小 车碰到制动装置时，钩码尚未
7、到达地面)用打点计时器得到一条 纸带后，通过分析“小车位移与速度变化的对应关系”来研究 “合外力对小车所做的功与速度变化的关系”图 S5-9 所示是 实验中得到的一条纸带，点 O 为纸带上的起始点，A、B、C是 纸带的三个连续的计数点，相邻两个计数点间均有 4 个点未画 出，用刻度尺测得A、B、C 到O的距离如图中所示，已知所用 交变电源的频率为 50 Hz，问：,图 S5-8,(1)打 B 点时刻， 小车的瞬时速度 vB_ m/s.(结果,保留两位有效数字),图 S5-9,(2)实验中，该小组同学画出小车位移 x 与速度 v 的关系图 象如图 S5-10 所示根据该图形状，某同学对 W 与
8、v 的关系做 出的猜想，肯定不正确的是_(填写选项字母代号) 图 S5-10,AWv2,BWv,CW,1 v,DWv3,(3)本实验中，若钩码下落高度为 h1 时合外力对小车所做的 功为W0，则当钩码下落h2时，合外力对小车所做的功为_ (用 h1 、h2、W0 表示),思路导引：此题通过分析“小车位移与速度变化的对应关 系”来研究“合外力对小车所做的功与速度变化的关系”，做 功多少由小车运动的位移决定,(2)这里的图象是二次函数或幂函数的图象，如果作出的 W v 曲线是一条直线，表明橡皮筋做的功与小车获得的速度的 关系是正比关系，即 Wv；而本题可能是 Wv2、Wv3. (3)钩码下落的高度
9、等于小车发生的位移，在合外力一定的 情况下，合外力对小车所做的功与钩码下落的高度成正比,拓展提升：探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力 对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体的速度来实现， 为简化实验，可将物体初速度设置为零实验中提供外力的可 以是橡皮筋的弹力，也可以是重物通过细绳给物体的拉力等 总之，要把握住动能定理的内容来分析实验,【触类旁通】,2(2013 年湛江二模)在探究动能定理的实验中，某实验小 组组装了一套如图 S5-11 所示的装置，拉力传感器固定在小车 上，一端与细绳相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小 穿过打点计时器的纸带与小车尾部相连接，打点计时器打点周 期为
10、T，实验的部分步骤如下：,图 S5-11,(1)平衡小车所受的阻力：不挂钩码，调整木板右端的高度， 用手轻推小车，直到打点计时器打出一系列_的点 (2)测量小车和拉力传感器的总质量 M，按图组装好仪器， 并连接好所需电路，将小车停在打点计时器附近，先接通拉力 传感器和打点计时器的电源，然后_，打出一条 纸带，关闭电源,(3)在打出的纸带中选择一条比较理想的纸带，如图 S5-12 所示，在纸带上按打点先后顺序依次取 O、A、B、C、D、E 等 多个计数点，各个计数点到 O 点间的距离分别用 hA、hB、hC、 hD、hE表示，则小车和拉力传感器在计时器打下 D 点时的 动能表达式为_，若拉力传感器的读数为 F， 计时器打下 A 点到打下 D 点过程中，细绳拉力对小车所做功的 表达式为_,(4)某同学以 A 点为起始点，以 A 点到各个计数点动能的增 量EP为纵坐标，以 A 点到各个计数点拉力对小车所做的功 W 为横坐标，得到一条过原点的倾角为45的直线，由此可以得 到的结论是 _. 图 S5-12,答案：(1)间距相等,(2)释放小车,(4)外力所做的功，等于物体动能的变化量,