動能與機械能實驗

關(guān)于動能與機械能實驗第一頁，共六十四頁，2022年，8月28日(1)探究外力對物體做功與物體速度的關(guān)系。(2)會用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)，通過對實驗數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出做功與物體速度平方的關(guān)系。第二頁，共六十四頁，2022年，8月28日第三頁，共六十四頁，2022年，8月28日(1)采用如圖所示裝置，讓小車在橡皮筋作用下彈出，使小車獲得速度后沿木板勻速滑行。當用一條橡皮筋彈出時對小車做的功記為W，則用兩條、三條……完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次……實驗，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放時，實驗中橡皮筋對小車做的功就是2W、3W……第四頁，共六十四頁，2022年，8月28日圖實－5－1(2)實驗中橡皮筋每次做的功使小車獲得的速度是根據(jù)打點計時器打出的紙帶得到的。當?shù)贸鋈舾山M功和速度的數(shù)據(jù)后，以橡皮筋對小車做的功W為縱坐標，分別以小車獲得的速度v、v2……為橫坐標，以第1次實驗時的功W為單位，用描點法分別作出W－v、W－v2……曲線，分析曲線，得出橡皮筋對小車做的功與小車速度的定量關(guān)系。第五頁，共六十四頁，2022年，8月28日小車(前面帶小鉤)、長木板(兩側(cè)適當?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘)、打點計時器及紙帶、學生電源及導線(使用電火花計時器不用學生電源)、5～6條等長的橡皮筋、刻度尺。第六頁，共六十四頁，2022年，8月28日(1)按圖中所示將實驗儀器安裝好。(2)平衡摩擦力：在長木板有打點計時器的一端下面墊一塊木板，反復(fù)移動木板的位置，直至小車上不掛橡皮筋時，紙帶打出的點間距均勻，即小車能勻速運動為止。(3)先用1條橡皮筋做實驗，用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1，設(shè)此時橡皮筋對小車做的功為W，將這一組數(shù)據(jù)記入表格。第七頁，共六十四頁，2022年，8月28日(4)用2條橡皮筋做實驗，實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同，這時橡皮筋對小車做的功為2W，測出小車獲得的速度v2，將數(shù)據(jù)記入表格。(5)用3條、4條……橡皮筋做實驗，用同樣的方法測出功和速度，記入表格。第八頁，共六十四頁，2022年，8月28日第九頁，共六十四頁，2022年，8月28日1．測量小車的速度第十頁，共六十四頁，2022年，8月28日2．實驗數(shù)據(jù)記錄橡皮筋條數(shù)位移x/m時間t/s速度v/(m·s－1)速度平方(v2/m2·s－2)第十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日3．實驗數(shù)據(jù)處理及分析(1)觀察法：當橡皮筋的條數(shù)成倍增加，即合外力做的功成倍增加時，觀察小車的速度或速度的平方如何變化，有何變化規(guī)律。(2)圖象法：在坐標紙上畫出W－v或W－v2圖線(“W”以一根橡皮筋做的功為單位)。第十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日圖實－5－34．實驗結(jié)論從圖象分析外力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系。第十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日(1)將木板一端墊高，使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡。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做勻速運動，找到長木板的一個合適的傾角。(2)測小車速度時，應(yīng)選紙帶上的點均勻的部分，也就是選小車做勻速運動的部分。(3)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。(4)小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點多一些。第十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日(1)誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋的拉力做的功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比。(2)沒有完全平衡摩擦力(傾角小)或平衡摩擦力過度(傾角過大)也會造成誤差。(3)利用紙帶計算小車的速度時，測量間距不準確或所選階段不正確帶來誤差。第十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日[教材實驗·練基礎(chǔ)]1．在用如圖實－5－9所示裝置做“探究動能定理”的實驗時，下列說法正確的是 ()圖實－5－9第十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日A．通過改變橡皮筋的條數(shù)改變拉力做功的數(shù)值B．通過改變橡皮筋的長度改變拉力做功的數(shù)值C．通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度D．通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度解析：實驗采用通過增加橡皮筋的條數(shù)，使橡皮筋對小車做的功成倍增加，故A正確，B錯誤；小車的速度對應(yīng)的是橡皮筋對小車做功完畢的情形，故C正確，D錯誤。答案：AC第十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.如圖實－5－16所示，是某研究性學習小組做探究“橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系”的實驗，圖中是小車在一條圖實－5－16橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形。這時，橡皮筋對小車做的功記為W。當我們把2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次……實驗時，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放。實驗中小車每次獲得的速度由打點計時器所打點的紙帶測出。第十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日(1)除了圖中的已給出的實驗器材外，還需要的器材有________________________________________________；(2)實驗時為了使小車只在橡皮筋作用下運動，應(yīng)采取的措施是____________________________________________；(3)每次實驗得到的紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的________部分進行測量；(1)刻度尺把木板的末端墊起適當高度以平衡摩擦力點距均勻第十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日(5)從理論上講，橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn∝_______，請你根據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在如圖實－5－17所示的坐標系中作出相應(yīng)的圖象驗證理論圖實－5－17的正確性。(6)若在實驗中你作出的圖線與理論的推測不完全一致，你處理這種情況的做法是____________________________。v2分析誤差來源，改進實驗方案或測量手段，重新進行實驗第二十頁，共六十四頁，2022年，8月28日解析：(1)計算小車速度需要測量紙帶上的點的距離，要用刻度尺。(2)要讓小車在木板上勻速運動，因而木板要傾斜以平衡摩擦力。(3)小車勻速運動時，紙帶上的點的間隔均勻。(4)橡皮筋每增加一條，對小車做的功就增加W。(5)縱坐標表示速度的平方，橫坐標表示功，利用描點法描出各組數(shù)據(jù)對應(yīng)的點，然后用平滑曲線連線作出v－Wn圖象，如圖所示。第二十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日(6)分析誤差來源，改進實驗方案或測量手段，重新進行實驗。答案：(1)刻度尺(2)把木板的末端墊起適當高度以平衡摩擦力(3)點距均勻(4)2W、3W、4W、5W(5)v2圖象見解析圖(6)分析誤差來源，改進實驗方案或測量手段，重新進行實驗第二十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日第二十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日

[例1]某探究學習小組的同學欲驗證動能定理，他們在實驗室組裝了一套如圖實－5－6所示的裝置，另外他們還 圖實－5－6找到了打點計時器所用的學生電源、導線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊、細沙。當滑塊連接上紙帶，用細線通過滑輪掛上空的小沙桶時，釋放小桶，滑塊處于靜止狀態(tài)。若你是小組中的一位成員，要完成該項實驗。第二十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日(1)你認為還需要的實驗器材有____________。(2)實驗時為了保證滑塊受到的合力與沙桶的總重力大小基本相等，細沙和沙桶的總質(zhì)量應(yīng)滿足的實驗條件是___________，實驗時首先要做的步驟是________________。(3)在(2)的基礎(chǔ)上，某同學用天平稱量滑塊的質(zhì)量為M。往沙桶中裝入適量的細沙，用天平稱出此時沙和沙桶的總質(zhì)量為m。讓沙桶帶動滑塊加速運動。用打點計時器記錄其運動情況，在打點計時器打出的紙帶上取兩點，測出這兩點的間距L和這兩點的速度大小v1與v2(v1＜v2)。則本實驗最終要驗證的數(shù)學表達式為______________。(用題中的字母表示實驗中測量得到的物理量)第二十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日[解析]該實驗中的研究對象是滑塊，目的是比較合外力對滑塊所做的功與滑塊動能的增量的關(guān)系。因為合外力不等于滑塊的重力，兩端質(zhì)量不可能“抵消”，所以要分別測出沙、滑塊的質(zhì)量，還要測出滑塊移動的距離，便于計算做的功和速度，因此還需要有天平和刻度尺。第二十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日第二十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日第二十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日該同學設(shè)計實驗如下：首先進行如圖實－5－8甲所示的實驗：將輕質(zhì)彈簧豎直掛起來，在彈簧的另一端掛上小球，靜止時測得彈簧的伸長量為d。圖實－5－8第二十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日在此步驟中，目的是要確定物理量________，用m、d、g表示為________。接著進行如圖乙所示的實驗：將這根彈簧水平放在桌面上，一端固定，另一端被小球壓縮，測得壓縮量為x，釋放彈簧后，小球被推出去，從高為h的水平桌面上拋出，小球在空中運動的水平距離為L。小球的初動能Ek1＝________。小球離開桌面的動能Ek2＝________。彈簧對小球做的功W＝________(用m、x、d、g表示)。對比W和Ek2－Ek1就可以得出“外力做功與物體動能變化的關(guān)系”。第三十頁，共六十四頁，2022年，8月28日第三十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日驗證機械能守恒定律第三十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日第三十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日圖實－6－1第三十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日(1)儀器安裝：按圖實－6－2所示將調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路。(2)打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重圖實－6－2物上，另一端穿過打點計時器的限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方。先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。更換紙帶重復(fù)做3～5次實驗。第三十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日第三十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日第三十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日第三十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日第三十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日第四十頁，共六十四頁，2022年，8月28日(1)安裝打點計時器時要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)以減少摩擦阻力。(2)重物應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大、體積較小的物體以減小空氣阻力的影響。(3)應(yīng)先接通電源，讓打點計時器正常工作后，再松開紙帶讓重物下落。(4)紙帶長度選用60cm左右為宜，應(yīng)選用點跡清晰的紙帶進行測量。第四十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日第四十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日第四十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日方案1第四十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日方案2第四十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日方案3第四十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日圖實－6－5第四十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日[例1]利用如圖實－6－6所示裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗時，需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h。某班同學利用實驗得到的紙帶，設(shè)計了以下四種測量方案：圖實－6－6第四十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日第四十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日第五十頁，共六十四頁，2022年，8月28日

[例2]

(2012·如皋統(tǒng)考)在用打點計時器驗證機械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量m圖實－6－7＝1.00kg的重物自由下落，打點計時器在紙帶上打出一系列點。如圖實－6－7所示為選取的一條符合實驗要求的紙帶，O為第一個點(速度恰好為零)，每兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，選連續(xù)的3個計數(shù)點A、B、C作為測量的點，如圖所示，經(jīng)測量知道A、B、C各點到O點的距離分別為50.50cm、86.00cm、130.50cm。已知打點計時器每隔0.02s打一次點，當?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.80m/s2。第五十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可計算出打B點時的速度vB＝________m/s；重物由O點運動到B點，重力勢能減少了________J，動能增加了________J。根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)，還可以求出物體實際下落的加速度為________m/s2，物體在從A到B下落的過程中所受到的平均阻力為________N(計算結(jié)果都要保留3位有效數(shù)字)，該阻力的來源主要有：①________；②________。第五十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日第五十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日第五十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日第五十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日

[例3]

(2011·海南高考)現(xiàn)要通過實驗驗證機械能守恒定律。實驗裝置如圖實－6－8所示：水平桌面上固定一傾斜的