物理第六章 機械能 第5講 實驗：探究動能定理

第5講實驗：探究動能定理知識梳理知識梳理實驗裝置實驗裝置橡皮筋、小車、木板、打點計時器、紙帶、鐵釘?shù)取嶒灢襟E實驗步驟用一條橡皮筋拉小車用一條橡皮筋拉小車做功做功W0;用兩條橡皮筋拉小車用兩條橡皮筋拉小車做功做功2W0;用三條橡皮筋拉小車用三條橡皮筋拉小車做功做功3W0;測出每次小車獲得的速度測出每次小車獲得的速度;分別用各次實驗的分別用各次實驗的v和和W繪出繪出v-W,v2-W,v3-W,-W關(guān)系圖關(guān)系圖;找出v與W間的關(guān)系W=mv2。12v121.(多選)在“探究動能定理”的實驗中,某同學(xué)是用下面的方法和器材進行實驗的:放在長木板上的小車,由靜止開始在幾條完全相同的橡皮筋的作用下沿木板運動,小車拉動固定在它上面的紙帶,紙帶穿過打點計時器。關(guān)于這一實驗,下列說法中正確的是()A.長木板要適當傾斜,以平衡小車運動中受到的阻力B.重復(fù)實驗時,雖然用到橡皮筋的條數(shù)不同,但每次應(yīng)使橡皮筋拉伸的長度相同C.利用紙帶上的點計算小車的速度時,應(yīng)選用紙帶上打點最密集的部分進行計算D.利用紙帶上的點計算小車的速度時,應(yīng)選用紙帶上打點最均勻的部分進行計算ABD答案答案ABD在本題的實驗中,由于小車在運動中受到阻力(摩擦力和紙帶的阻力),所以要使長木板適當傾斜,以平衡小車運動過程中受到的阻力。重復(fù)實驗時,為了使橡皮筋對小車所做的功與它的條數(shù)成正比,所以用到橡皮筋的條數(shù)雖然不同,但每次應(yīng)使橡皮筋拉伸的長度相同。利用紙帶上的點計算小車的速度時,由于要計算的是小車不受橡皮筋的彈力后勻速運動的速度,所以應(yīng)選用紙帶上打點最均勻的部分進行計算,故A、B、D選項是正確的。2.某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能定理”。如圖,他們將拉力傳感器固定在小車上,用不可伸長的細線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連,用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。在水平桌面上相距50.0cm的A、B兩點各安裝一個速度傳感器,記錄小車通過A、B時的速度大小。小車中可以放置砝碼。(1)實驗主要步驟如下:測量小車小車和拉力傳感器的總質(zhì)量M1;把細線的一端固定在拉力傳感器上,另一端通過定滑輪與鉤碼相連;正確連接所需電路。將小車停在C點,由靜止釋放小車由靜止釋放小車,小車在細線拉動下運動,記錄細線拉力及小車通過A、B時的速度。在小車中增加砝碼,或減少鉤碼數(shù)減少鉤碼數(shù),重復(fù)的操作。(2)下表是他們測得的一組數(shù)據(jù),其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和,|-|是兩個速度傳感器記錄速度的平方差,可以據(jù)此計算出動能變化量E,F是拉力傳感器受到的拉力,W是F在A、B間所做的功。表格中的E3=0.600,W3=0.610。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)22v21v次數(shù)M/kg|-|/(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.4322v21v(3)根據(jù)圖表,請在圖中的方格紙上作出E-W圖線。答案答案(1)小車由靜止釋放小車減少鉤碼數(shù)(2)0.6000.610(3)如圖所示解析解析(1)略。(2)由表中數(shù)據(jù)得E3=M|-|=0.600JW3=FL=0.610J(3)略。1222v21v深化拓展深化拓展考點考點探究動能定理應(yīng)注意的事項探究動能定理應(yīng)注意的事項深化拓展深化拓展考點探究動能定理應(yīng)注意的事項考點探究動能定理應(yīng)注意的事項1.平衡摩擦力平衡摩擦力:將木板一端墊高,使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。方法是輕推小車,由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否勻速運動,從而找到木板合適的傾角。2.選點測速選點測速:測小車速度時,紙帶上的點應(yīng)選均勻部分的,對應(yīng)小車處于勻速運動狀態(tài)。3.規(guī)格相同規(guī)格相同:橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的。力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可,不必計算出具體數(shù)值。1-1(2017北京理綜,21,18分)如圖1所示,用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車,使它在長木板上運動,打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況。利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗。圖1(1)打點計時器使用的電源是B(選填選項前的字母)。A.直流電源B.交流電源(2)實驗中,需要平衡摩擦力和其他阻力,正確操作方法是A(選填選項前的字母)。A.把長木板右端墊高B.改變小車的質(zhì)量在不掛重物且B(選填選項前的字母)的情況下,輕推一下小車。若小車拖著紙帶做勻速運動,表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。A.計時器不打點B.計時器打點(3)接通電源,釋放小車,打點計時器在紙帶上打下一系列點,將打下的第一個點標為O。在紙帶上依次取A、B、C若干個計數(shù)點,已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T。測得A、B、C各點到O點的距離為x1、x2、x3,如圖2所示。圖2實驗中,重物質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量,可認為小車所受的拉力大小為mg。從打O點到打B點的過程中,拉力對小車做的功W=mgx2,打B點時小車的速度v=。312xxT(4)以v2為縱坐標,W為橫坐標,利用實驗數(shù)據(jù)作出如圖3所示的v2-W圖像。由此圖像可得v2隨W變化的表達式為 v2=kW,k=(4.55.0)m2s-2J-1。根據(jù)功與能的關(guān)系,動能的表達式中可能包含v2這個因子;分析實驗結(jié)果的單位關(guān)系,與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是質(zhì)量質(zhì)量。圖3(5)假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響,若重物質(zhì)量不滿足遠小于小車質(zhì)量的條件,則從理論上分析,圖4中正確反映v2-W關(guān)系的是A。圖4312xxT答案答案(1)B(2)AB(3)mgx2(4)v2=kW,k=(4.55.0)m2s-2J-1質(zhì)量(5)A解析解析本題考查“探究動能定理”實驗。(1)打點計時器使用的是交流電源。(2)把長木板右端墊高,利用小車的重力沿斜面的分力平衡摩擦力和其他阻力;在不掛重物且計時器打點的情況下,小車沿斜面能勻速運動,表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。(3)W=Fs=mgx2,vB=。(4)由圖知,圖線為一條縱截距為零、斜率k=(4.55.0)m2s-2J-1的直線,其函數(shù)表達式為v2=kW。根據(jù)動能定理W=mv2得v2=W,故斜率k=,與質(zhì)量有關(guān)。(5)根據(jù)功能關(guān)系有W=(M+m)v2,所以v2=W,v2W,圖A正確。ACACt312xxT122m2m122Mm1-2探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系,實驗裝置如圖甲所示。實驗過程中有平衡摩擦力的步驟,并且設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功以整數(shù)倍增大,即分別為W0、2W0、3W0、4W0甲實驗中首先通過調(diào)整木板傾斜程度平衡摩擦力,目的是C(填寫字母代號)。A.為了釋放小車后小車能做勻加速運動B.為了增大橡皮筋對小車的彈力C.為了使橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功D.為了使小車獲得較大的動能圖乙是在正確操作情況下打出的一條紙帶,從中截取了測量小車最大速度所用的一部分,已知相鄰兩點打點時間間隔為0.02s,則小車獲得的最大速度vm=1.22m/s(保留3位有效數(shù)字)。乙?guī)酌瑢W(xué)在實驗中分別得到了若干組橡皮筋對小車做的功W與小車獲得的最大速度vm的數(shù)據(jù),并利用數(shù)據(jù)繪出了圖丙給出的四個圖像,你認為其中正確的是D。丙答案答案C1.22D解析解析實驗?zāi)康氖翘骄亢贤饬ψ龉εc物體速度的關(guān)系,平衡摩擦力后,橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功。橡皮筋對小車做功,小車做加速度變化的加速運動,當勻速時,速度最大,vm=m/s=1.22m/s。由W=m知W,D正確。22.44 100.02122mv2mv