实验五探究动能定理

(1) 一根橡皮筋作用在小车上移动距离 s 做功为W.

(2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离 s 做功应为2W.

(3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离 s 做功应为3W. 实验五探究动能定理

一、基本实验要求

1. 实验目的

探究功与物体速度变化的关系.

2. 实验原理

⑷利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，即可求出 v

—W关系.

3. 实验器材

橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等.

4. 实验步骤

(1) 用一条橡皮筋拉小车一一做功W.

(2) 用两条橡皮筋拉小车一一做功2W.

(3) 用三条橡皮筋拉小车一一做功3W.

(4) 测出每次小车获得的速度.

(5) 分别用各次实验测得的v和W绘出W — v、W — v2, W — v3、W — . v关系

图.

5. 实验结论 1 找出v与W间的关系W=2mv2.

、规律方法总结

1.实验注意事项

(1) 将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡.方 法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运 动，找到长木板的一个合适的倾角.

(2) 测小车速度时，应选纸带上的点均匀的部分，也就是选小车做匀速运动 的部分.

(3) 橡皮筋应选规格一样的.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.

(4) 小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些.

2 .实验探究的技巧与方法

⑴不直接计算 W和v的数值，而只是看第2次、第3次……实验中的 W和 v是第1次的多少倍，简化数据的测量和处理.

(2) 用 W — v1 2图象处理实验数据，这比 W — v图象更加直观、明了.

1 .关于探究动能定理的实验中，下列叙述正确的是 ( )

A. 每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值

B. 每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致

C. 放小车的长木板应该尽量使其水平

D. 先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出

解析：本实验没有必须测出橡皮筋的功到底是多少焦耳， 只要测出以后每次 实验时橡皮筋做的功是第一次的多少倍就足够了， A错；每次实验橡皮筋拉伸的

长度必须保持一致，只有这样才能保证以后每次实验时， 橡皮筋做的功是第一次 的整数倍，否则，功的数值难以测定，B错；小车运动过程中会受到阻力，只有 使木板倾斜到一定程度，才能减小误差，C错；实验时，应该先接通电源，让打 蝕H蠢涿邈■达标检测I

点计时器开始工作，然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出， D正确.

答案：D

2 . (2016本溪模拟)“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图所示，当 小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为 W;当用2条、3条、 4条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2次、第3次、第4次……实验时, 橡皮筋对小车做的功记为2W、3W、4W……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.

(1) (多选)关于该实验，下列说法正确的是 ________ .

A•打点计时器可以用干电池供电

B •实验仪器安装时，可以不平衡摩擦力

C. 每次实验小车必须从同一位置由静止弹出

D. ..................................................... 利用每次测出的小车最大速度 vm和橡皮筋做的功 W，依次作出W — vm、 W — Vm> W — Vm， W? — Vm、W? — Vm 的图象，得出合力做功与物体速度变化 的关系

(2) 如图所示，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A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为 AB = 1.48 cm, BC=

1.60 cm, CD = 1.62 cm, DE = 1.62 cm.已知相邻两点打点时间间隔为 0.02 s， 则小车获得的最大速度vm = _____________ m/s(结果保留两位有效数字).

单位：cm

...... I 严 卜-1・60廿一一__) ) ................ 云动方向

解析：(1)打点计时器必须用交流电，A项错误；实验仪器安装时，必须平衡 摩擦力，B项错误；每次实验小车必须从同一位置由静止弹出， C项正确；根据

所得数据分别作出橡皮筋所做的功 W与小车获得的最大速度或小车获得的最大 速度的平方、立方等图象，找出合力做的功与物体速度变化的关系， D项正确.

(2)小车获得的最大速度

x 1.62X 10_2

v = [ = o~o2 m/s= 0.81 m/s.

答案：(1)CD (2)0.81

3. （2017仙桃模拟）我国舰载飞机在“辽宁舰”上成功着舰后，某课外活动 小组对舰载飞机利用阻拦索着舰的力学问题很感兴趣•他们找来了木板、钢球、 铁钉、橡皮条以及墨水，制作了如图所示的装置，准备定量研究钢球在橡皮条阻 拦下前进的距离与被阻拦前速率的关系. 要达到实验目的，需直接测量的物理量 是钢球由静止释放时的 ________________________ 口在橡皮条阻拦下前进的距离，还必须增加的一

种实验器材是 _________ •忽略钢球所受的摩擦力和空气阻力，重力加速度已知，

根据 ________ 律（定理），可得到钢球被阻拦前的速率.

钢球

1 __________

解析：根据机械能守恒定律（或动能定理 河知mgh= qmv2，v = , 2gh要研究 v与前进的距离的关系，需要直接测出钢球距水平木板的高度 h,要测距离及高 度，必须增加实验器材刻度尺.

答案：高度（距水平木板的高度）刻度尺 机械能守恒（动能）

4. （2016晋城模拟）某学习小组在“探究功与速度变化关系”的实验中采用

了如图所示的实验装置. 调平橡皮条扌上△Ad

A t (1) 将气垫导轨接通气泵，通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平，检查是否

调平的方法是 ________________________________________ .

(2) 如图所示，游标卡尺测得遮光条的宽度△ d= _____ m.实验时，将橡皮条挂

在滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒

定•现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为 △ t，则

滑块最后匀速运动的速度表达式为 _______ (用字母表示)•

0 t 单位:cm

IHLII M L 1 1 M H Jill .1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 p II 1 I I I I |

0 10 20

(3) _______________________________________ 逐根增加橡皮条，记录每次遮光条经过光电门的时间，并计算出对应的 速度•则画出的W — v2图象应是 L

解析：(1)检查导轨是否水平的方法：将滑块轻放在气垫导轨上，看其是否 滑动(或将滑块轻放在气垫导轨上，轻推滑块看是否匀速运动 )•

(2) A d= 5 mm+ 0.05 mmX 10= 5.50 mm= 0.550 cm，滑块匀速运动的速度 v

△ d

=At.

i

(3) 由动能定理可知，W = ^mv2，故画出的 W — v2图象应是过坐标原点的一 条倾斜直线.

答案：(1)将滑块轻置于气垫导轨之上，看其是否滑动；或将滑块轻置于气 垫导轨之上，轻推滑块看是否匀速运动(其他方法合理即可)(2)0.550 (3)过坐标原点的一条倾斜直线1 . （2017张家口模拟）某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端 拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动， 以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系.此外还准备了打点计时器及配 套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等•组装的实验装置如图所示.

（1） _______________________________________________ 若要完成该实验，必需的实验器材还有 _____________________________________ :

（2） 实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板

平行•他这样做的目的是下列的哪个 __________ （填字母代号）•

A. 避免小车在运动过程中发生抖动

B. 可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰

C. 可以保证小车最终能够实现匀速直线运动

D. 可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力

（3） 平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使 打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度.在保证所挂钩码数目 不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决方法

⑷（多选）他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做 功总是要比小车动 能增量大一些.这一情况可能 是下列 哪些原因造 成的 填字母代号）.

A. 在接通电源的同时释放了小车

B. 小车释放时离打点计时器太近

C. 阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉 D. 钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力 ⑴下列说法哪一项是正确的

A. B.

为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量

C. 1

解析：（1）根据实验原理可知，需要验证 mgx=lMv2，同时根据运动学规律

可知，此实验中需要测量钩码质量、小车质量和位移，故还需要的器材有：刻度

尺和天平；（2）分析小车受力可知，在平衡摩擦力的基础上，使细绳与木板平行 是为了让细绳的拉力充当小车所受合外力，故选项 D正确；（3）纸带上打出的点

较少，说明小车的加速度过大（即小车过快），故可知减小钩码质量或增加小车质 量（在小车上加上适量的砝码）;（4）在此实验中，根据牛顿第二定律可知，钩码的 重力大于细绳的拉力，而实验中用重力代替拉力会导致拉力做功大于小车动能增

量；如果实验未平衡或未完全平衡摩擦力也会导致拉力做功大于动能增量， 故选

项C、D正确.

答案：⑴刻度尺、天平（包括砝码）⑵D （3）可在小车上加适量的砝码（或

钩码）⑷CD

（填选项前字母）.

平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上

实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放

（2）图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取 0、A、B、C计数点，已

知打点计时器使用的交流电频率为 50 Hz,则打B点时小车的瞬时速度大小为

m/s（保留三位有效数字）. 2 •在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中（装置如图甲所示）: