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高中物理实验五、探究动能定理 江苏省特级教师 戴儒京 一、 数字化实验 动能定理 （恒力） （课程标准教科书人教版必修 2 第 19 页） 实验原理 1 2 1 2 1 2 W = mv2 - mv1 = Δ( mv ) = ΔE k 2 2 2 其中， W 为从 x1 到 x2 的区间内，合外力 F 的功，v1 和 v2 分别为物体在 x 1 和 x2 处的速度， E k 为物体的动能。也就是说，合外力的空间积累效应—功等于物体 动能的改变。 在本实验中，我们探究在恒定拉力的作用下， 小车的动能随时间变化的关系。 其中，拉力由力传感器测得， 速度由固定有挡光滑轮的光电门传感器测得， 动能 由速度的平方乘以质量的一半得到。 实验目的 通过对 （恒定）拉力和速度的测量， 探究合外力的功与物体动能变化的关系。 实验装置 计算机， 数据采集器， 光电门传感器、 力传感器、 动力学系统 （包括轨道、小车、 滑轮、支架等）。 实验步骤 1. 按图连接实验装置（注意平衡摩擦力） ； 2. 测量并记录小车和钩码的质量 （第1 次：例如小车 402.81g，钩码 19.91g）； 3. 将数据采集器与力传感器连接，将数据采集器与计算机连接；然后进入 “TriE 信息系统”界面，对力传感器进行校零，然后，点击“打开实验” ， 打开模板“动能定理” ，； 4. 设置“采集间隔”为 5ms； 5. 让小车静止在靠近光电门传感器的一侧（钩码将细绳拉紧） ，点击“开始” 按钮；释放小车； 6. 当小车运动到靠近支撑杆时，使小车停止运动，然后点击“结束”按钮； 7. 观察“力—位移”、“速度—位移”和“动能—位移”关系曲线的特点； 8. 任选一个位移区间，对力进行积分，并比较积分值和两个区间端点处动能 的差； 9. 改变钩码和小车的质量，重复步骤 5~8 （第2 次：例如小车 402.81g，钩码 30.35g）。 实验数据的记录与分析 1． “力、速度 vs. 位移”图表（小车 402.81g，钩码 19.91g）： 由图可知，从静止释放到制动前（去掉对应制动过程的最后两组读数） ， 随着位移的增加，小车所受的拉力（中间的红色曲线）几乎不变，小车的速度 （上方的绿色曲线）和动能（下方的蓝色曲线）不断增加，速度的变化率不断 减小，但是动能的变化率几乎恒定。 2 ．力对位移积分（小车 402.81g，钩码 19.91g）： 如图所示，在所选的位移区间内，力的积分值为 0.0630 J ，两个区间端点 处动能的差为 0.0594 J （= 0.0832 －0.0238 ），近似相等，相对误差为 5.71 %。 3．“力、速度 vs. 位移”图表（小车 402.81g，钩码 30.35g）： 由图可知，从静止释放到制动前（去掉对应制动过程的最后两组读数） ， 随着位移的增加，小车所受的拉力（中间的红色曲线）几乎不变，小车的速度 （上方的绿色曲线）和动能（下方的蓝色曲线）不断增加，速度的变化率不断 减小，但是动能的变化率几乎恒定。