探究动能定理

【实验步骤】
1. 按如图所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦
力． 2.先用一条橡皮筋做实验，用打点计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，这时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……橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格． 5.探究 W 和 v、v2 之间的关系。 （作图）
(4)某次所打纸带如图 4 所示，在正确操作的情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为 了测量小车获得的速度，应选用纸带的部分进行测量(根据下面所示的纸带回答)
答案（1）刻度尺交流（2）左（3）B（4）GHIJ
实验五探究动能定理
【基础知识】
知识点 1 —— 动能
物体由于运动而具有的能叫做动能.
1
EK=2mv2
(1)动能是状态量,物体的运动状态一定,其动能就有确定的值,与物体是否受力无关. (2)动能是标量,且动能恒为正值,动能与物体的速度方向无关.一个物体,不论其速度的方向如 何,只要速度的大小相等,该物体具有的动能就相等. (3)像所有的能量一样,动能也是相对的,同一物体,对不同的参考系会有不同的动能.没有特别 指明时,都是以地面为参考系相对地面的动能.
【例 2】一个物体自由下落，落下一半时间的动能与落地时动能之比为（D） A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．1∶4
【实验器材】
小车(前面带小钩)、砝码、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)，打点计时器及纸 带、电源及导线、5～6 条等长的橡皮筋、刻度尺．
【实验原理】
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。

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(3)在所挂钩码个数不变的情况下，要减小小车运动的加速 度，可以增大小车的质量，即可在小车上加适量的砝码(或钩 码)． (4)如果用钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，发现拉力做 的功总比小车动能的增量大，原因可能是阻力未被完全平衡 掉，因此拉力做功一部分用来增大小车动能，一部分用来克 服阻力做功；也可能是小车做加速运动，因此细绳的拉力小 于钩码的重力，钩码的重力做的功大于细绳的拉力做的功， 即大于小车动能的增量，C、D 项正确．
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对实验数据处理和误差分析的考查 1．数据处理 (1)求小车的速度：利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的 距离 x，则 v＝Tx(其中 T 为打点周期)． (2)实验数据处理：在坐标纸上画出 W－v 和 W－v2 图象(“W” 以一根橡皮筋做的功为单位)．根据图象得出 W∝v2.
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(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： _________________________________________________.
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对实验原理和操作的考查 1．平衡摩擦力的方法是轻推小车，由打在纸带上的点是否 均匀判断小车是否匀速运动． 2．测小车速度时，应选纸带上点均匀分布的部分． 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．
C．s－t－1
D．s－t－2
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(3)下列实验操作中必要的是________． A．调整轨道的倾角，在未挂重物时使小车能在轨道上匀速 运动 B．必须满足重物的质量远小于小车的质量 C．必须保证小车由静止状态开始释放

据能量守恒定律，动能的变化量等于所做的功。
动能定理与做功的关联
总结词
动能定理揭示了动能的变化与做功的关系， 即合外力对物体所做的功等于物体动能的增 量。
详细描述
动能定理表述为合外力对物体所做的功等于 物体动能的增量。这意味着在物体运动过程 中，所有外力对物体所做的功的总和等于物 体动能的增加量。这个定理揭示了做功与动 能变化之间的直接关系，是理解力学和能量 守恒的重要基础。
03
做功与动能变化的关系
做功的定义与计算
总结词
做功是能量转化的量度，其计算公式为 W=F*s*cosθ，其中F是力，s是位移，θ是 力与位移间的夹角。
VS
详细描述
做功是物理学中一个基本概念，表示力对 物体产生的效果，即力对物体在力的方向 上所发生的位移的累积。做功的计算公式 为W=F*s*cosθ，其中F是作用在物体上的 力，s是物体在力的方向上发生的位移，θ 是力与位移间的夹角。
04
实验设计与分析
实验设计
确定实验目的
探究动能定理与做功的关系，通 过实验数据验证动能定理的正确
性。
选择实验器材
包括小车、滑轮、砝码、测力计、 刻度尺等，确保实验器材的准确性 和可靠性。
设计实验步骤
明确实验操作流程，包括小车的释 放高度、砝码的质量和下落高度等， 确保实验条件的可控性和一致性。
实验过程
在实际应用中，可以利用动能定理计算合外力对物体所做的功，或者根据 已知的功和动能变化量求解合外力。
对实际应用的启示
动能定理在工程、物理、化学等领域有着广泛 的应用，例如在机械工程中分析机器效率、在 航空航天中研究飞行器的动力学性能等。
通过深入理解动能定理与做功的关系，可以更 好地解决实际问题，提高对物理世界的认识和 理解。

物理创新实验设计⏹用打点计时器探究动能定理⏹现实问题：人教版高中物理必修-2第七章-第六节：探究功与物体速度变化的关系中，采用橡皮筋弹出小车的方法研究功与速度的关系，这一设计调动了学生的积极性，体现了探究思想。

但橡皮筋的功无法测量，最终只能定性的说明W∝v2的关系。

因此有必要要设计一个简便易行的实验，探究功与速度的数量关系呢。

设计思想：在高中阶段，最容易计算和测量的功是mgh，利用打点计时器可以测量v。

因此，在教学中以自由落体实验为突破口，结合斜面实验，利用打点加计时器测量自由落体运动的瞬时速度和下落的高度，探究重力做功、其它力做功与速度之间的关系，进而推广、拓宽，得出动能的表达式和动能定理。

处理数据时通过计算机系统进行，以简化过程节省时间。

具体操作如下：一、预备知识1．如何计算和测量重力做功？如何测量物体的速度？2．重力对物体做功，物体的运动速度如何变化呢？3. 打点加计时器的应用，平均速度的计算: v n= ( h n+1-h n-1)/2T。

4. 加速度与力、质量关系的实验操作。

二、实验分组操作（一）自由落体实验——【媒体展示】实验步骤和注意事项：1.装置要竖直，尽量减小纸带与限位孔间的摩擦，纸带无初速释放，重物的质量和密度应较大, 以减小阻力，确保自由落体运动。

2.纸带30 - 40cm长，选用点迹清晰，呈一条直线，第1、2两点间距接近2mm的纸带进行研究。

3.如图安装、打点、换纸带、换物体、重复，挑选纸带记下第一个点的位置O，依次选取几个较方便的点，量出各点到O的距离，计算出各点的v ，进行研究。

（二）斜面实验——【媒体展示】实验步骤和注意事项：1．用天平测出小车和小桶的质量M和m，把数据记录下来。

（砂和小桶的总质量不要超过小车和砝码的总质量的1/10。

）2．按如图装置把实验器材安装好，只是不把挂小桶用的细线系在小车上，即不给小车加牵引力。

3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态(可以从纸带上打的点是否均匀来判断)。