第04章 第5讲 实验五 探究动能定理.doc

第5讲　实验五　探究动能定理 误差分析 1．若忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力会对实验结果产生影响． 2．实验中，由于钩码质量远小于小车质量，可认为绳子对小车的拉力F＝mg.但实际情况是：钩码向下的运动是加速运动，mg－F＝ma，所以Fmg.F与mg的差别在钩码质量偏大时会对实验结果产生影响． 3．测量纸带上各点之间的距离时会产生误差． 实验原理及误差分析 【例1】 在探究“恒力做功和物体动能变化之间的关系”的实验中，某同学的实验设计方案如图4－5－1所示．则： 图4－5－1 (1)该实验用钩码的重力表示小车受到的合外力，在安装时首先要____________，其次钩码和小车还需要满足的条件是____________________． (2)实验中，除位移、速度外，还要测出的物理量有________． (3)在上述实验中，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz.某同学打出的一段纸带如图4－5－2所示，则小车匀速运动时的速度大小为________m/s.(计算结果保留三位有效数字) 图4－5－2 解析　(1)本实验在安装仪器时首先要平衡摩擦力，其次为减小实验误差，由牛顿第二定律可知mg＝(M＋m)a，即a＝，只有当Mm时，a≈. (2)由(1)可以看出实验中还需要测量的物理量为钩码的重力和小车的总质量． (3)由纸带上对应点可以读出小车匀速运动时v＝＝＝1.40 m/s. 答案　(1)平衡小车与木板之间的摩擦力　钩码的重力远小于小车的总重力 (2)钩码的重力和小车的总质量 (3)1.40 实验过程及数据处理 【例2】 利用如图4－5－3所示的装置探究外力做功与动能改变的关系，滑块在不同个数的钩码作用下，从同一位置由静止释放(已知光电门的宽度为2 cm)．各项实验数据如下表． 图4－5－3 钩码的个数 外力对滑块做的功W 滑块通过光电门的时间Δt(×10－2s) 滑块通过光电门的速度v(m/s) 滑块通过光电门的速度的平方v2(m2/s2) 1 W0 2.00 2 1.41 3 1.16 4 1.00 5 0.89 (1)试完成上表。 (2)根据表中数据作出W－v2图象． (3)由W－v2图象你能得出什么结论？ 解析　(1)由于挂不同个数的钩码时，滑块都从同一位置由静止释放，滑块每次移动的位移相同，则钩码对滑块做功与钩码的质量成正比，所以当钩码个数分别为2、3、4、5时，外力对滑块做功分别为2W0、3W0、4W0、5W0. 滑块每次通过光电门的速度及其平方分别为 v1＝≈1.00 m/s；v12＝1 m2/s2； v2＝≈1.42 m/s；v22≈2 m2/s2； v3＝≈1.72 m/s；v32≈3 m2/s2； v4＝≈2.00 m/s； v42＝4 m2/s2； v5＝≈2.25 m/s； v23≈5 m2/s2； (2)根据表中数据绘出图象如右图所示． (3)由W－v2可知，外力做功与物体动能的变化量成正比． 答案　见解析 【例3】 为了探究功与物体速度变化的关系，现提供如图4－5－4所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，请思考探究思路并回答下列问题．(打点计时器交流电频率为50 Hz) 图4－5－4 (1)为了消除摩擦力的影响应采取什么措施？ ________________________________________________________________________. (2)当我们分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条……并起来进行第1次、第2次、第3次……实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致，我们把第1次实验时橡皮筋对小车做的功记为W. (3)由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出，如图4－5－5所示是其中四次实验打出的部分纸带． 图4－5－5 (4)试根据第(2)、(3)项中的信息，填写下表. 次　数 1 2 3 4 橡皮筋对小车做功 W 小车速度v/(m·s－1) v2/(m2·s－2) 从表中数据可得出结论：____________________________________________________. 解析　(1)将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度，使小车缓慢匀速下滑． (4)由匀速运动的速度公式v＝，即可求出小车的速度，其中x从图上读出分别为2.00 cm,2.83 cm,3.46 cm，4.00 cm，t＝T＝＝0.02 s. 次　数 1 2 3 4 橡皮筋对小车做功 2W 3W 4W 小车速度v/(m·s－1) 1.00 1.42 1.73 2.00 v2/(m2·s－2) 1.00