实验：探究合外力做功和动能变化的关系

第四章机械能和能源实验：探究合外力做功和动能变化的关系【能力培养】积极参与，培养动手能力；学会根据目的设计实验；学会收集、处理实验数据；学会分析试验误差；学会改进实验（创新实验设计）1.实验目的：？W合=Ek2–Ek12.实验设计（依据目的）：W合=FxEk=思考：需要测量的物体量有哪些？怎样获取（测量）实验数据？需要哪些实验器材？mv23.器材选择：长木板(一端附有滑轮)小车细线砝码若干打点计时器（交流电源）纸带4.实验原理：a.求合外力做的功：W=FX合外力是否等于绳子的拉力？Ff4.实验原理：如何操作才能让拉力作为小车的合外力？平衡摩擦力F=T拉力是否等于钩码的重力？什么情况下二者近似相等？m(钩码）M（小车）T=mg（平衡摩擦力）4.实验原理：位移如何测量？通过测量纸带上两点之间的距离得到（刻度尺）b.怎样测出动能的变化量？测小车M天平（题目告知M的值）测初末V处理纸带求瞬时速度Mv22-Mv125.实验步骤（注意事项）：把纸带的一端固定在小车后面，另一端穿过打点计时器，改变木板的倾角，让小车重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力，使小车能做匀速运动（检验）把细线系在小车上并绕过定滑轮，悬挂量钩码，使钩码的质量远小于小车的质量，小车在细线的拉力作用下做匀加速运动.由于钩码的质量很小，可认为小车所受拉力F的大小等于钩码所受重力的大小接通电源，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点.重复以上实验，选择一条点迹清晰的纸带进行数据分析，由纸带可以找到位移和时间的信息，由钩码的质量可以知道小车所受的力.6.数据处理（方法）：W合=7.误差分析：系统误差：拉力不等于钩码的重力偶然误差：平衡摩擦力不足（过度）分析纸带（测量X、V）减小误差的方法：8.实验改进与创新设计：Mv22-Mv12练习册P47例1：某同学为探究“合力做功与物体动能变化的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：①按图摆好实验装置，其中小车质量M＝0.20kg，钩码总质量m＝0.05kg.②释放小车，然后接通打点计时器的电源(电源频率为f＝50Hz)，打出一条纸带．(1)他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，把打下的第一点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为d1＝0.004m．d2＝0.055m，d3＝0.167m，d4＝0.256m，d5＝0.360m，d6＝0.480m…，他把钩码重力(当地重力加速度g＝9.8m/s2)作为小车所受合力算出打下0点到打下第5点合力做功W＝________J(结果保留三位有效数字)，把打下第5点时小车动能作为小车动能的改变量，算得Ek＝______.(结果保留三位有效数字)0.125J0.1761.12m/s(2)此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功，等于物体动能的增量”，且误差很大．通过反思，他认为产生误差的原因如下，其中正确的是________．A．钩码质量太大，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多B．没有平衡摩擦力，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多C．释放小车和接通电源的次序有误，使得动能增量的测量值比真实值偏小D．没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因AB橡皮筋小车打点计时器纸带木板铁钉1.实验原理：测量橡皮筋对小车做的功W测量由于橡皮筋做功而使小车获得的速度v数据处理，寻找W与v的关系2.实验设计：用一条橡皮筋拉小车橡皮筋做功W第二次用两条完全相同的橡皮筋并联起来栓到小车上拉小车，且使每条橡皮筋的伸长都和第一次的伸长量一样橡皮筋做功2W依次类并联三条、四条……橡皮筋，且拉伸的长度都一样橡皮筋做功3W、4W……思考：橡皮筋对小车做的功是合力做的功吗？如何处理？3.实验步骤：将打点计时器固定在一块平板上，让纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。将平板安装有打点计时器的一端适当垫高，调整高度，直至轻推小车后使小车恰能在板上做匀速直线运动为止。将橡皮筋固定在小车前端。拉长橡皮筋使小车位于靠近打点计时器处，记下小车位置。接通打点计时器电源，释放小车。用2条、3条、4条、5条橡皮筋分别代替1条橡皮筋重做实验，保证每次释放小车的位置相同，即橡皮筋被拉长的长度相同。在上述实验中打出的几条（5条以上）纸带中，分别找出小车开始近似做匀速运动的点，并分别测出匀速运动时的速度v1、v2、v3、v4、v5..........实验次数橡皮筋做的功匀速运动时的速度v/(m/s)123454WW2W3W5W弹力做功刚完毕时小车的速度用什么方法处理数据比较直观?4.数据处理：（图表法）0.801.101.281.531.76★4.数据处理：（图像法）思考：若为直线，则W与v成正比；该如何处理？Wv/(m/s)123450.801.101.281.531.76W-v图像4WW2W3W5W★4.数据处理：（图像法）思考：尝试改变横坐标的物理量。W-v2图像Wv2/(m2·s-2)0010.6421.2131.6442.3453.10表明W与v2成正比4WW2W3W5W实验方案1.实验目的:探究外力做功与物体动能变化的关系2.实验方法:测定做自由落体运动的物体在下落h时的速度v，通过比较重力做功WG和此时的动能EK,得出外力做功与物体动能变化的关系。三、实验探究：实验:利用打点计时器探究外力做功与动能变化的关系220V交流电源铁架台纸带夹子重锤大夹子电火花打点计时器3.实验器材:铁架台（带铁夹）、重锤、电火花打点计时器、纸带、刻度尺、电源实验:利用打点计时器探究外力做功与动能变化的关系4.实验步骤：(1):把打点计时器竖直安装在铁架台上。(2):把纸带的一端在重锤上用固定好,另一端穿过打点计时器的限位孔,用手竖直提起纸带使重锤停靠在计时器附近，用夹子夹好纸带竖直挂在铁架台上。(3):接通电源,松开纸带,让重锤自由下落。220V交流电源铁架台纸带夹子重锤大夹子电火花打点计时器(4):挑选与处理纸带2mm2mm27654310h2h3h4h5h6h7sTThhVnnn02.0211实验数据记录与处理5、设计表格选择两点的速度v（m/s）选择两点的动能Ek（J）选择两点间的距离△h（m）重力做功WG（J）动能的增加量△EK（J）1V1V3Ek1Ek3h03-h01mgh13Ek3-Ek12V1V4Ek1Ek4h04-h01mgh14Ek4-Ek13V2V5Ek2Ek5h05-h02Mgh25Ek5-Ek26.实验结论(猜想):（1）：mgh=ΔEk（2）：mgh＞ΔEk（3）：mgh＜ΔEk物体下落过程中,重力做的功,等于(略大于)(略小于)物体动能的增加?7.实验误差分析造成本实验误差的主要原因——摩擦力思考：有哪些因素可能影响实验的结果？在试验中，如何控制这些因素？为减小实验误差，在实验过程中，应注意哪些问题？1、重锤的质量尽量大一些，以减少空气阻力的影响；2、释放前尽量使纸带竖直放置，以减少摩擦阻力的影响。3、选取研究的距离尽量大一些