2018-2019学年高中物理鲁科版必修2（课件+检测）：第2章 实验：探究恒力做功与动能改变的关系 (2份打包)

实验：探究恒力做功与动能改变的关系 一、实验目的 　探究恒力做功与动能改变的关系． 二、实验原理 　在钩码的拉动下，小车的速度发生了变化，也就是小车的动能发生了变化．钩码对小车的拉力对小车做了功，只要能求出小车动能的变化量、小车运动的位移以及钩码对小车的拉力(近似等于钩码的重力)，就可以研究W＝Fs与ΔEk之间的关系． 三、实验器材 长木板(一端附有滑轮)、打点计时器、钩码若干、小车、纸带、复写纸片、刻度尺、细线．(实验装置如图1所示) 图1 一、实验步骤 1．将打点计时器固定在长木板上，把纸带的一端固定在小车的后面，另一端穿过打点计时器． 2．改变木板倾角，使小车重力沿斜木板方向的分力平衡小车及纸带受到的摩擦力，使小车做匀速直线运动． 3．用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的钩码相连．接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点． 4．更换纸带，重复实验．选择一条点迹清晰的纸带进行数据分析． 二、数据处理 1．应用纸带求解速度：小车在细线的拉力作用下，做匀加速直线运动．初速度和末速度可通过处理纸带求得．依据匀变速直线运动特点计算某点的瞬时速度：vn＝. 2．计算恒力所做的功：在纸带上记下第一点O的位置，再在纸带上任意点开始选取n个点1、2、3、4…并量出各点到位置O的距离，即为小车运动的位移s，由此可计算拉力所做的功W1＝mgs1，W2＝mgs2… 3．确定物体动能的改变量：ΔE1＝…Mv，ΔE2＝Mv 三、注意事项 1．实验中不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们研究拉力做功与物体动能变化的关系，应该设法消除摩擦力的影响，可采取将木板一端垫高的方法来实现，将木板一端垫高，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就能消除摩擦力的影响． 2．尽量减小小车的加速度．因为钩码拉着小车加速运动时，钩码处于失重状态，小车受到的拉力小于钩码的重力．为减小这一系统误差，应使小车的加速度尽量小，也就是实验中必须满足钩码的质量远小于小车的质量． 3．由于本实验要求小车由静止开始运动，所以应正确选取O点位置，选取第一个点迹清晰的纸带，其他点的位置尽量离O点远些． 四、误差分析 本实验的误差主要来源于拉力略小于钩码的重力、不能完全平衡摩擦力、起始点O的速度不为零和测量误差等方面. 实验探究1　实验原理和实验步骤 　某学习小组的同学想要验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套装置如图2所示，另外还有交流电源、导线、复写纸、细沙以及天平都没画出来．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态．如果要完成该项实验，则： 图2 (1)还需要的实验器材是(　　) A．秒表　　　　　　　　 B．刻度尺 C．弹簧测力计 D．重锤 (2)进行实验操作时，首先要做的步骤是_____________________________ _______________________________________________________________. (3)在(2)的基础上，某同学用天平称出滑块的质量M.往沙桶中装入适量的细沙，并称出此时沙和沙桶的总质量m.为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量m应满足的实验条件是________．实验时释放滑块让沙桶带着滑块加速运动，用打点计时器(打相邻两个点的时间间隔为T)记录其运动情况的纸带如图3所示，纸带上开始的一些点较模糊未画出，其他的每两点间还有4个点也未画出，现测得O到E点间的长为L，D到F点间的长为s，则E点速度大小为________．若取O点的速度为v1、E点速度为v2那么本实验最终要验证的数学表达式为________． 图3 【解析】　(1)要完成该实验需要测定合外力做的功W及滑块的初、末动能Ek1、Ek2，因此需要测定滑块的运动位移，给出的几种器材中需要刻度尺，选项B正确． (2)为了便于操作，应使细线对滑块的拉力就是滑块受到的合外力，因此，应该首先平衡滑块受到的摩擦力． (3)滑块与沙桶和沙子组成的系统加速运动，为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，就要求沙子和沙桶的合外力近似为零，因此，需要满足m≪M；打下D、F两点的时间间隔为t＝2×5T＝10T，点E是中间时刻打的点，因此vE＝成立．Mv－Mv，该过程合外力做的功为W＝mgL，为了验证动能定理，需要验证mgL＝Mv，E点的动能为Ek2＝Mv；O点的动能为Ek1＝＝ 【答案】　(1)B　(2)平衡摩擦力 (3)m≪M　Mv－Mv　mgL＝ 实验探究2　数据处理和误差分析 　某同学为探究“合力做功与物体速度变化的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是： ①按图4摆好实验装置，其中小车质量M＝0.20 kg，钩码总质量