实验五 探究动能定理(课件)

菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测实验五探究动能定理●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．菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测●实验器材小车(前面带小钩)、100g～200g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．●注意事项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．菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测●实验步骤1．按图5－5－1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2W，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格．菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测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5－5－2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＝xT(T为打点计时器打点的时间间隔)．菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测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)．菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测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.●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．菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测(2013届徐州模拟)某探究学习小组的同学欲验证动能定理，他们在实验室组装了一套如图5－5－4所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂一空的砂桶时，释放砂桶，滑块处于静止状态．菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测若你是小组中的一位成员，要完成该项实验．(1)你认为还需要的实验器材有____________________．(2)实验时为了保证滑块受到的合力与砂桶的总重力大小基本相等，细沙和砂桶的总质量应满足的实验条件是______，实验时首先要做的步骤是________．(3)在(2)的基础上，某同学用天平称量滑块的质量为M.往砂桶中装入适量的细沙，用天平称出此时细沙和砂桶的总质量为m.让砂桶带动滑块加速运动．用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1＜v2)．则本实验最终要验证的数学表达式为____________．(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测【解析】(1)为了测出滑块的质量和砂桶(及细沙)的总质量需要选用天平测量．为了对纸带进行数据处理需要选用刻度尺．(2)在平衡摩擦力的前提下，当滑块加速运动时，设绳的拉力大小为T，对滑块有T＝Ma，对沙和砂桶有mg－T＝ma，解得T＝mg1＋mM，所以要保证滑块受到的拉力T与砂桶的总重力大小基本相等应满足m≪M.实验时首先要做的步骤是平衡摩擦力．(3)由动能定理可得mgL＝12Mv22－12Mv21.【答案】(1)天平、刻度尺(2)细沙和砂桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力(3)mgL＝12Mv22－12Mv21菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测(2012·江苏高考)为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图5－5－5所示的装置进行实验．实验中，当木块A位于水平桌面上的O点时，重物B刚好接触地面．将A拉到P点，待B稳定后静止释放，A最终滑到Q点．分别测量OP、OQ的长度h和s.改变h，重复上述实验，分别记录几组实验数据．(1)实验开始时，发现A释放后会撞到滑轮．请提出两个解决方法．(2)请根据下表的实验数据作出s－h关系的图象.菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测(3)实验测得A、B的质量分别为m＝0.40kg、M＝0.50kg.根据s－h图象可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数μ＝________.(结果保留一位有效数字)(4)实验中，滑轮轴的摩擦会导致μ的测量结果_______(选填“偏大”或“偏小”)．【解析】(1)A释放后撞到滑轮是因为B对A做的功过多或A克服摩擦力做功少，若要不撞滑轮则可减少B对A做的功或增大摩擦力做的功，方法有减小B的质量或减小h(B下落的高度)；增大A的质量或增大O到滑轮的距离；亦可增加细线长度，任选两法即可．(2)见下图．菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测(3)设A到O点时速度为v，则PO段有：v2－0＝2a1h，OQ段有：0－v2＝－2a2s，故s－h图象的斜率k＝sh＝a1a2，由牛顿运动定律知：在PO段：Mg－μmg＝(M＋m)a1，得a1＝Mg－μmgM＋m，OQ段：μmg＝ma2，a2＝μg，将a1、a2代入k＝a1a2可得：μ＝MkM＋m＋m，由图象得出k＝3940，代入上式可得μ＝0.4.(4)因滑轮轴摩擦产生的效果相当于A与桌面间摩擦力比实际的大，即导致μ测量结果偏大．菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测【答案】(1)减小B的质量；增加细线的长度(或增大A的质量；降低B的起始高度)(2)见上图(3)0.4(4)偏大菜单攻专项·实验探究HK新课标·物理提考能·考题细研练考题·随堂自测