2015届高考物理一轮复习 专题五 探究动能定理实验探究.doc

实验五探究动能定理

实验目的
1．探究外力对物体做功与物体速度变化的关系．
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．
实验原理
1．不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W、2W、3W…
2．由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出．这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据．
3．以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，作出W－v曲线，分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系．
实验器材
小车(前面带小钩)、100g～200g砝码、长木板，两侧适当的对称位置钉两个铁钉、打点计时器及纸带、学生电源及导线(使用电火花计时器不用学生电源)、5～6条等长的橡皮筋、刻度尺．
注意事项
1．平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车的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做匀速运动，找到木板的一个合适的倾角．
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．
4．小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．
实验步骤
1．按图5－5－1中所示将实验仪器安装好．

图5－5－1
2．平衡摩擦力：在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木块，反复移动木板的位置，直至小车上不挂橡皮筋时，纸带打出的点间距均匀，即小车能匀速运动为止．
3．先用1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W，将这一组数据记入表格．
4．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2W，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格．
5．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．

图5－5－2
6．测量小车的速度：实验获得如图5－5－2所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做的功和小车速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量是：A1、A2间的距离x，小车速度的表达式是v＝eq\f(x,T)(T为打点计时器打点的时间间隔)．
7．实验数据记录
橡皮筋条数位移x/m时间t/s速度v/(m·s－1)速度平方v2/(m2·s－2)8.实验数据处理及分析
在坐标纸上画出W－v或W－v2图线(“W”以一条橡皮筋做的功为单位)．

图5－5－3
9．实验结论：由图象可知外力对物体做功与物体速度变化的关系为W∝v2.
误差分析
1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做的功W与橡皮筋的条数不成正比．
2．没有完全平衡摩擦力(倾角小)或平衡摩擦力过度(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．

实验装置和实验原理(2013·徐州模拟)某探究学习小组的同学欲验证动能定理，他们在实验室组装了一套如图5－5－4所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．
当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂一空的砂桶时，释放砂桶，滑块处于静止状态．

图5－5－4
若你是小组中的一位成员，要完成该项实验．
(1)你认为还需要的实验器材有________________________________________________________________________．
(2)实验时为了保证滑块受到的合力与砂桶的总重力大小基本相等，细沙和砂桶的总质量应满足的实验条件是________________________，实验时首先要做的步骤是__________．
(3)在(2)的基础上，某同学用天平称量滑块的质量为M.往砂桶中装入适量的细沙，用天平称出此时细沙和砂桶的总质量为m.让砂桶带动滑块加速运动．用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1＜v2)．则本实验最终要验证的数学表达式为________________________________________________________________________．
(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)
【解析】(1)为了测出滑块的质量和砂桶(及细沙)的总质量需要选用天平测量．为了对纸带进行数据处理需要选用刻度尺．
(2)在平衡摩擦力的前提下，当滑块加速运动时，设绳的拉力大小为T，对滑块有T＝Ma，对沙和砂桶有mg－T＝ma，解得T＝eq\f(mg,1＋\f(m,M))，所以要保证滑块受到