第9讲 探究动能定理实验-【划重点】2022-2023学年高一物理期末复习精细讲义（人教版2019必修第二册）

第9讲　探究动能定理实验 ——划重点之精细讲义系列 实验目的 1．探究外力对物体做功与物体速度变化的关系． 2．通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比关系． 实验原理 1．不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W、2W、3W… 2．由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出．这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据． 3．以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，作出W－v曲线，分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系． 实验器材 小车(前面带小钩)、100 g～200 g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、学生电源及导线(使用电火花计时器不用学生电源)、5～6条等长的橡皮筋、刻度尺． 实验步骤 1．按图中所示将实验仪器安装好． 2．平衡摩擦力：在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木块，反复移动木板的位置，直至小车上不挂橡皮筋时，纸带打出的点间距均匀，即小车能匀速运动为止． 3．先用1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W，将这一组数据记入表格． 4．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2 W，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格． 5．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． 6．测量小车的速度：实验获得如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做的功和小车速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量是：A1、A2间的距离x，小车速度的表达式是v＝(T为打点计时器打点的时间间隔)． 7．实验数据记录 橡皮筋条数 位移x/m 时间t/s 速度v/(m·s－1) 速度平方v2/(m2·s－2) 8.实验数据处理及分析 在坐标纸上画出W－v和W－v2图线(“W”以一条橡皮筋做的功为单位)． 图5－5－3 9．实验结论：由图象可知外力对物体做功与物体速度变化的关系为W∝v2. 1．平衡摩擦力很关键，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，找到木板的一个合适的倾角． 2．测小车速度时，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． 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． 误差分析 1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做的功W与橡皮筋的条数不成正比． 2．没有完全平衡摩擦力(倾角小)或平衡摩擦力过度(倾角过大)也会造成误差． 3．利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差. 考点1：对实验原理的理解 【典例1】探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图所示，实验主要过程如下： (1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W…； (2)分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度v1、v2、v3…； (3)作出W－v草图； (4)分析W－v图象．如果W－v图象是一条直线，表明W∝v；如果不是直线，可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝等关系． 以下关于该实验的说法中有一项不正确，它是________ A．本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W…所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致．当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条…橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W… B．小车运动中会受到阻力，补偿的方法可以使木板适当倾斜 C．某同学在一次实验中，得到一条记录纸带．纸带上打出的点，两端密、中间疏．出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小 D．根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算 考点2：实验步骤和数据处理 【典例2】为了探究力对物体做的功与物体速度变化的关系，现提供如图所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，请思考并回答下列问题(打点计时器交流电频率为50 Hz)： (1)为了消除摩擦力的影响应采取什么措施？ ________________________________________________________________________ _____________