第五讲实验：探究动能定理1通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系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一、实验原理探究功与物体速度变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体的速度，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用如图所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的 使橡皮筋对小车做的功成倍增加，再通过打点计时器和 来测量每次实验后小车的末速度v.条数条数纸带纸带二、实验器材小车(前面带小钩)、100 g200 g砝码、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、及纸带、学生电源及导线(使用电火花计时器不用学生电源)、56条等长的橡皮筋、打点计时器打点计时器刻度尺刻度尺一、实验步骤及数据处理1实验步骤(1)按要求将实验仪器安装好同时平衡摩擦力(2)先用一条橡皮筋做实验，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W1，将这一组数据记入表格(3)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W2，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格(4)用3条、4条橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究动能定理如图所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小在水平桌面上相距50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小，小车中可以放置砝码(1)实验主要步骤如下：测量_和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路将小车停在C点，_，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度在小车中增加砝码，或_，重复的操作(2)表格是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|vv|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量E，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功，表格中的E3_，W3_.(结果保留三位有效数字)数据记录表次数次数M/kg|vv|/(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.43(3)根据表格，请在图中的方格纸上作出EW图线 答案：(1)小车释放小车减少砝码(2)0.600 J0.610 J(3)如规范解答图所示【方法归纳】探究动能定理的实验方法较多，在解决此类问题之前，首先要弄清本实验所涉及的实验原理和方法，然后再依据相应规律求解二、误差分析及注意事项1误差分析(1)误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比(2)没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时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2注意事项(1)平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车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匀速运动，找到木板一个合适的倾角(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 探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图所示，实验主要过程如下： B小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木块适当倾斜C某同学在一次实验中，得到一条记录纸带纸带上打出的点，两端密、中间疏出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小D根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算【规范解答】由于选用同样的橡皮筋，并且每次实验中橡皮筋拉伸的长度相同，因此每条橡皮筋对小车做的功都相同，故A正确；小车在运动中受到的阻力，采取平衡摩擦力的方法补偿，让木板固定有打点计时器的一端适当抬高，使重力的下滑分力与摩擦力平衡，故B正确；纸带上的点两端密、中间疏，说明小车先在橡皮筋拉力作用下加速，后在阻力作用下减速，故C正确；由于橡皮筋松驰后，小车做匀速运动，此时的速度是橡皮筋对小车做功后的最大速度，故求速度应用匀速的那一段的数据，而不应该使用从第一点到最后一点的数据来计算，故D项错，A、B、C正确答案：D 在“探究功与物体速度变化关系”的实验中，若画出Wv的图象，应为下图中的哪一个解析：通过实验可知，做的功W与小车速度v2成正比，故与v应是二次函数关系，故B正确，A、C、D均错答案：B 在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中，某实验小组采用如图所示的实验装置和实验器材(1)为了用细线的拉力表示小车受到的合外力，可以改变木板的倾角，使重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力，简 要 说 明 平 衡 摩 擦 力 的 实 验 判 断 方 法 _ _.(2)用沙和沙桶的重力大小来表示小车受到的合外力，必须满足的条件是_ _(3)除 实 验 装 置 中 的 仪 器 外 ， 还 需 要 的 测 量 仪 器 有_(4)如图所示为实验中打出的一条纸带，现选取纸带中的A、B两点来探究恒力做功与动能改变的关系已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g.请你用字母表示需要测量的物理量，说明其物理意义(用文字说明或在图中标明)，并把探究结果的表达式写出来解析：(1)在长木板下方的右端放一个小木楔，移动木楔的位置以改变木板的倾角，在不挂沙桶的情况下，给小车一个初速度，如果打出的纸带点迹均匀，可认为已平衡摩擦力(2)沙和沙桶的总质量应远远小于小车的质量(3)刻度尺、天平答案：见解析