动能定理实验课件

实验五探究动能定理实验五探究动能定理误差分析误差分析1误误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比。与橡皮筋的条数不成正比。2没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。成误差。3利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差。误差。注意事项注意事项1平衡摩擦力：平衡摩擦力：将将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。方法是轻推小车，由打点计下的分力与摩擦阻力平衡。方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角。找到木板一个合适的倾角。2选点测速：选点测速：测测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动状态的。的，也就是选小车做匀速运动状态的。3规格相同：规格相同：橡橡皮筋规格相同时，力对小车做的功以一皮筋规格相同时，力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值。条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值。热点一实验原理及数据处理热点一实验原理及数据处理【例例1】如图如图1所示是某研究性学习小组的同学做探究所示是某研究性学习小组的同学做探究“橡皮筋做功和物体速度变化的关系橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形。这时，车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形。这时，橡皮筋对小车做功记为橡皮筋对小车做功记为W。当用。当用2条、条、3条、条、n条完全条完全相同的橡皮筋并在一起进行第相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第次、第3次、次、第、第n次实次实验时，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放。小车每次验时，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放。小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出，实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出，图图2甲为某次实验中打出的纸带。甲为某次实验中打出的纸带。图图1(1)除了图中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材有除了图中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材有_。(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是施是_。(3)每次实验得到的纸带上的点分布并不都是均匀的，为了每次实验得到的纸带上的点分布并不都是均匀的，为了测 量 小 车 最 终 获 得 的 末 速 度，应 选 用 纸 带 的测 量 小 车 最 终 获 得 的 末 速 度，应 选 用 纸 带 的_部分进行测量。部分进行测量。(4)下面是本实验的数据记录及数据处理表。下面是本实验的数据记录及数据处理表。橡皮筋做的橡皮筋做的功功Wn(J)10个间个间隔均匀隔均匀的点的的点的距离距离s(m)10个间个间隔均匀隔均匀的点的的点的时间时间T(s)小车获小车获得的末得的末速度速度vn(m/s)小车获得小车获得的末速度的末速度的平的平方方v(m2/s2)1W1W0.2000.21.001.002W12W0.2820.21.411.993W33W0.3000.21.502.254W44W0.4000.22.004.005W55W0.4580.22.245.02 从理论上讲，橡皮筋做的功从理论上讲，橡皮筋做的功Wn与物体获得的速度与物体获得的速度vn之间的之间的关系是关系是Wn_，请你运用表中的数据在如图乙所，请你运用表中的数据在如图乙所示的坐标系中作出相应的图象，以验证理论的正确性。示的坐标系中作出相应的图象，以验证理论的正确性。图图2 解析解析(1)要计算某点速度的大小，必须要测量纸带上计数要计算某点速度的大小，必须要测量纸带上计数点间的距离，除了题图中已给出的实验器材和电源外，还点间的距离，除了题图中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材是刻度尺。需要的器材是刻度尺。(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是把放打点计时器一端的木板垫起适当的高度以平衡摩施是把放打点计时器一端的木板垫起适当的高度以平衡摩擦力。擦力。(3)小车最终做匀速运动，因此应选用相邻两计数点间隔相小车最终做匀速运动，因此应选用相邻两计数点间隔相等的部分。等的部分。答案答案(1)刻刻度尺度尺(2)把木板的左端垫起适当的高度以平把木板的左端垫起适当的高度以平衡摩擦力衡摩擦力(3)每相邻两点之间距离相等每相邻两点之间距离相等(或点分布均匀或点分布均匀)(4)v图象如图所示图象如图所示【变式训练变式训练】1“探探究功与速度变化的关系究功与速度变化的关系”的实验装置如图的实验装置如图3所示，所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为功记为W；当用；当用2条、条、3条、条、4条条完全相同的橡皮筋并完全相同的橡皮筋并在一起进行第在一起进行第2次、第次、第3次、第次、第4次次实验时，橡皮筋对实验时，橡皮筋对小车做的功记为小车做的功记为2W、3W、4W每次实验中小车获得每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出。的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出。图图3(2)如图如图4所示，给出了某次实验打出的纸带，从中截取了测量所示，给出了某次实验打出的纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带，测得小车最大速度所用的一段纸带，测得A、B、C、D、E相邻两相邻两点间的距离分别为点间的距离分别为AB1.48 cm，BC1.60 cm，CD1.62 cm，DE1.62 cm；已知相邻两点打点时间间隔为；已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s，则，则小车获得的最大速度小车获得的最大速度vm_m/s。(结果保留两位有效结果保留两位有效数字数字)图图4答案答案(1)CD(2)0.81图图5视角视角2实验方案的改进实验方案的改进(1)利用自由落体运动探究功和动能的关系。利用自由落体运动探究功和动能的关系。(2)研究小车以不同的初速度沿粗糙水平面滑动的距离，研究小车以不同的初速度沿粗糙水平面滑动的距离，得出小车的初动能大小与克服摩擦力做功的情况，也可探得出小车的初动能大小与克服摩擦力做功的情况，也可探究动能定理。这时必须保证小车与水平面上各处之间的动究动能定理。这时必须保证小车与水平面上各处之间的动摩擦因数相同。摩擦因数相同。【例例2】某某学习小组利用如图学习小组利用如图6所示的装置验证动能定理。所示的装置验证动能定理。图图6(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离光电门中心之间的距离s_ cm；(2)测量挡光条的宽度测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门，记录挡光条通过光电门1和和2所用所用的时间的时间t1和和t2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是_；(3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？挡光条和拉力传感器的总质量？_(填填“是是”或或“否否”)。解析解析(1)两光电门中心之间的距离两光电门中心之间的距离s70.30 cm20.30 cm50.00 cm。(2)由于该实验验证的是动能定理，故还需要知道滑块、挡由于该实验验证的是动能定理，故还需要知道滑块、挡光条和拉力传感器的总质量。光条和拉力传感器的总质量。(3)由于拉力可以通过拉力传由于拉力可以通过拉力传感器的读数直接得到，故不需要满足砝码盘和砝码的总质感器的读数直接得到，故不需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量。量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量。答案答案(1)50.00(2)滑滑块、挡光条和拉力传感器的总质量块、挡光条和拉力传感器的总质量M(3)否否【变式训练变式训练】2如如图图7所示，某组同学借用所示，某组同学借用“探究探究a与与F、m之间的定之间的定量关系量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合研究合外力做功和动能变化的关系外力做功和动能变化的关系”的实验：的实验：图图7(1)为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做车是否做_运动。运动。(2)连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图8所示的所示的纸带。纸带上纸带。纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为间隔为0.1 s的相邻计数点的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G.实验时实验时小车所受拉力为小车所受拉力为0.2 N，小车的质量为，小车的质量为0.2 kg。图图8 请计算小车所受合外力做的功请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化和小车动能的变化Ek。补填表中空格补填表中空格(结果保留至小数点后第四位结果保留至小数点后第四位)。OBOCODOEOFW/J0.043 20.057 20.073 40.091 5Ek/J0.043 00.057 00.073 40.090 7 分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内WEk，与理论推导结果一致。与理论推导结果一致。(3)实验前已测得托盘质量为实验前已测得托盘质量为7.7103kg，实验时该组同，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为学放入托盘中的砝码质量应为_kg(g取取9.8 m/s2，结果保留至小数点后第三位结果保留至小数点后第三位)。