探究動能定理實驗專題

PAGEPAGE4實驗五探究動能定理實驗專題實驗方法一：利用重物做自由落體運動探究動能定理（略）具體方法：參考三維設(shè)計實驗方法二：利用探究牛頓第二定律的實驗裝置實驗?zāi)康模禾骄客饬ψ龉εc物體動能變化的定量關(guān)系實驗原理：（1）實驗裝置如圖所示，在砝碼和砝碼盤的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量時，可認為細繩的拉力就是砝碼及砝碼盤的重力（F繩=G砝碼及砝碼盤）。（2）平衡長木板的摩擦力。（3）在砝碼盤中加放砝碼并釋放砝碼盤，木塊將在砝碼盤對它的拉力作用下做勻加速運動．在紙帶記錄的物體運動的勻加速階段，適當(dāng)間隔地取兩個點A、B.只要取計算一小段位移的平均速度即可確定A、B兩點各自的速度vA、vB，在這段過程中物體運動的距離s可通過運動紙帶測出，我們可即算出合外力做的功W合=F繩SAB（F繩=G砝碼及砝碼盤）。另一方面，此過程中物體動能的變化量為，通過比較W和ΔEk的值，就可以找出兩者之間的關(guān)系。3、實驗器材長木板(一端帶滑輪)、刻度尺、打點計時器、紙帶、導(dǎo)線、電源、小車、細線、砝碼盤、砝碼、天平．4、實驗裝置5、實驗步驟及數(shù)據(jù)處理(1)用天平測出木塊的質(zhì)量M，及砝碼、砝碼盤的總質(zhì)量m。把器材按圖裝置好．紙帶一段固定在小車上，另一端穿過打點計時器的限位孔；(2)把木塊靠近打點計時器，用手按住．先接通打點計時器電源，再釋放木塊，讓它做加速運動．當(dāng)小車到達定滑輪處(或靜止)時，斷開電源；（3）取下紙帶，重復(fù)實驗，得到多條紙帶；(4)選取其中點跡清晰的紙帶進行數(shù)據(jù)處理，先在紙帶標(biāo)明計數(shù)點，然后取間隔適當(dāng)?shù)膬牲cA、B。利用刻度尺測量得出A，B兩點間的距離SAB；再利用平均速度公式求A、B兩點的速度vA、vB；(4)通過實驗數(shù)據(jù)，分別求出W合與ΔEkAB，通過比較W和ΔEk的值，就可以找出兩者之間的關(guān)系。6、誤差分析1．沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大也會造成誤差。2．利用打點的紙帶測量位移，和計算木塊的速度時，不準(zhǔn)確也會帶來誤差?！靖櫽?xùn)練】例1、某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗證“動能定理”，他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置，另外他們還找到了打點計時器所用的學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊、細沙．當(dāng)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?fàn)顟B(tài)．水平實驗臺滑輪水平實驗臺滑輪小沙桶滑塊細線打點計時器紙帶長木板（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和沙桶的總重力大小基本相等，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(xué)用天平稱量滑塊的質(zhì)量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(xué)表達式為(用題中的字母表示實驗中測量得到的物理量）．答案：（1）天平，刻度尺（2）沙和沙桶的質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量平衡摩擦力（3）例2．在“探究恒力做功與物體的動能改變量的關(guān)系”的實驗中備有下列器材：A.打點計時器；B.天平；C秒表；D.低壓交流電源；E.電池；F.紙帶；G.細線、砝碼、小車、砝碼盤；H.薄木板．(1)其中多余的器材是____________，缺少的器材是__________________．(2)測量時間的工具是__________________；測量質(zhì)量的工具是____________________．(3)圖實－5－12所示是打點計時器打出的小車(質(zhì)量為m)在恒力F作用下做勻加速直線運動的紙帶．測量數(shù)據(jù)已用字母表示在圖中，打點計時器的打點周期為T.請分析，利用這些數(shù)據(jù)能否驗證動能定理？若不能，請說明理由；若能，請說出做法，并對這種做法做出評價答(1)C、E毫米刻度尺(2)電磁打點計時器天平(3)略[解析](3)能．從A到B的過程中，恒力做的功為WAB＝FsAB，物體動能的變化量為EkB－EkA＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(sB,2T)))eq\s\up12(2)－eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(sA,2T)))eq\s\up12(2)，只要驗證FsAB＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(sB,2T)))eq\s\up12(2)－eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(sA,2T)))eq\s\up12(2)即用數(shù)據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在右上圖所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗證理論的正確性；答案：(1)刻度尺(2)把木板的末端墊起適當(dāng)高度以平衡摩擦力(3)點距均勻(4)2W3W4W5W(5)圖象如下圖所示：例6、物體在空中下落的過程中，重力做正功，物體的動能越來越大，為了“探究重力做功和物體動能變化的定量關(guān)系”，我們提供了如圖所示的實驗裝置．(1)某同學(xué)根據(jù)所學(xué)的知識結(jié)合右圖設(shè)計一個本實驗情景的命題：如圖如示，質(zhì)量為m的小球在重力mg作用下從開始端自由下落至光電門發(fā)生的____，通過光電門時的____，試探究重力做的功____與小球動能變化量____的定量關(guān)系（請在①②空格處填寫物理量的名稱和對應(yīng)符號；在③④空格處填寫數(shù)學(xué)表達式．）(2)某同學(xué)根據(jù)上述命題進行如下操作并測出如下數(shù)字．①用天平測定小球的質(zhì)量為0.50kg；②用游標(biāo)尺測出小球的直徑為10.0mm；③用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離為82.80cm；④電磁鐵先通電，讓小球吸在開始端；⑤電磁鐵斷電時，小球自由下落；⑥在小球經(jīng)過光電門時間內(nèi)，計時裝置記下小球經(jīng)過光電門所用時間為2.50×10－3s，由此可算得小球經(jīng)過光電門的速度為__________m/s.⑦計算得出重力做的功為________J，小球動能變化量為______