1、實驗六探究動能定理ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU知識梳理·自測鞏固一、實驗目的1探究外力對物體做功與物體速度變化的關系。2通過實驗數據分析，總結出做功與物體速度二次方的正比關系。二、實驗原理1不是直接測量對小車做功，而是通過改變橡皮筋條數確定對小車做功W、2W、3W，2.由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點計時器測出，也可以用其他方法測出。這樣，進行若干次測量，就得到若干組功和速度的數據。3.以橡皮筋對小車做的功為縱坐標，小車獲得的速度為橫坐標，作出Wv曲線，分析這條曲線，可以得知橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度的定量關系。三、實驗器材小車(前

2、面帶小鉤)、100200 g砝碼、長木板(兩側適當的對稱位置釘兩個鐵釘)、打點計時器及紙帶、學生電源及導線(使用電火花計時器不用學生電源)、56條等長的橡皮筋、_刻度尺_。四、實驗步驟1按圖所示將實驗儀器安裝好，同時_平衡摩擦力_。2.先用1條橡皮筋做實驗，用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1，設此時橡皮筋對小車做的功為W1，將這一組數據記入表格。3.用2條橡皮筋做實驗，實驗中橡皮筋_拉伸的長度_與第一次相同，這時橡皮筋對小車做的功為W2，測出小車獲得的速度v2，將數據記入表格。4.用3條、4條橡皮筋做實驗，用同樣的方法測出功和速度，記入表格。五、數據處理1測量小車的速度：實驗獲得如圖所示

3、的紙帶，為探究橡皮筋彈力做的功和小車速度的關系，需要測量彈力做功結束時小車的速度，即小車做勻速運動的速度，應在紙帶上測量的物理量：A1、A2間的距離x，小車速度的表達式是v_(T為打點計時器打點的時間間隔)。2記錄實驗數據：把計算出的速度填入表格中并算出v2的值。橡皮筋條數位移x/m時間t/s速度v/(m·s1)速度二次方v2/(m2·s2)3.數據處理：在坐標紙上畫出Wv或Wv2圖線(“W”以一條橡皮筋做的功為單位)。4實驗結論：從圖象分析外力對物體做功與物體速度變化的關系為Wv2。六、誤差分析1誤差的主要來源是橡皮筋的長度和粗細不完全相同，使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的

4、條數不成正比。2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。3利用打點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來誤差。七、注意事項1平衡摩擦力很關鍵，將木板一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡。方法是輕推小車，由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否做勻速運動，找到木板一個合適的傾角。2測小車速度時，應選紙帶上_點距均勻_的部分，也就是選小車做勻速運動時打在紙帶上的點。3橡皮筋應選規格一樣的。力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計算出具體數值。這是本實驗的技巧之一，這里通過轉換單位的方法巧妙地解決了這一難題，這也是物理實驗中常用的一種思想和手段。HE XI

5、N KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO核心考點·重點突破考點一教材原型實驗例1 (2019·山東煙臺招遠月考)某學習小組做“探究功與物體速度變化關系”的實驗裝置如圖甲所示。打點計時器的工作頻率為50 Hz。(1)實驗中，小車會受到摩擦阻力的作用，可以將木板靠近打點計時器的一側適當墊高來平衡摩擦阻力，則下面操作正確的是_D_。A放開小車，能夠自由下滑即可B放開小車，能夠勻速下滑即可C放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可D放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可(2)實驗中甲、乙兩同學用兩種不同的方法來實現橡皮筋對小車做功的變化。甲同學：把多余相同的橡皮筋并在一起，

6、把小車拉到相同的位置釋放；乙同學：通過改變橡皮筋的形變量來實現做功的變化。你認為_甲_(填“甲”或“乙”)同學的方法可行。(3)如圖乙所示是某次打出的部分紙帶，A、B、C、D、E、F、G點是打點計時器依次打出的點，已知s13.59 cm，s24.21 cm，s34.73 cm，s45.20 cm，s55.20 cm，s65.20 cm，可求得小車被橡皮筋彈出后獲得的最大速度為_2.60_ m/s。(4)根據多次測量的數據，可作出Wv圖象，下列Wv圖象符合實際的是_B_。解析本題考查探究動能定理實驗中的數據處理及圖象處理。(1)平衡摩擦力時，使木板適當傾斜，小車拖著紙帶，能夠勻速下滑，就表明已平

7、衡好摩擦力，選項D正確，A、B、C錯誤。(2)實驗時，要保證橡皮筋的形變量相同，改變相同規格橡皮筋的條數，以改變橡皮筋對小車所做的功，橡皮筋的形變量相同，每條橡皮筋對小車做的功相同，可以用橡皮筋的條數代表橡皮筋對小車做的功，若改變橡皮筋形變量實現做功的變化，無法確定橡皮筋對小車做功的數量關系，故甲同學的方法可行。(3)當橡皮筋恢復原長后，小車速度最大，且小車做勻速直線運動，則小車獲得的最大速度vm2.60 m/s。(4)由動能定理知Wmv2，選項B正確，A、C、D錯誤。類題演練1(2019·河南南陽期中)如圖甲所示，在探究做功與動能改變之間的關系實驗中，用質量為m的重物通過滑輪牽引質

8、量為M的小車，使它在長木板上運動，用打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況。實驗中，先平衡摩擦力，接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，將一個點標記為O，在紙帶上依次取計數點。已知相鄰計數點間的時間間隔為T，測得A、B、C三點到O點的距離分別為x1、x2、x3，如圖乙所示。(1)實驗中，除了使細線平行于木板之外，還需要保證_mM_，才可認為小車所受的拉力大小為mg，從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功W_mgx2_，當打點計時器打B點時小車的動能Ek_ _。(2)如果以v2為縱坐標，W為橫坐標，利用實驗數據作出v2W圖象，則圖象的斜率k_。解析本題考查探究動能定理實驗中的注意

9、事項、實驗結論及圖象理解。(1)根據牛頓第二定律，對重物有mgFma，對小車有FMa，則小車所受的拉力大小Fmgmg，當mM時，小車所受的拉力大小近似為mg；從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功Wmgx2；由中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平均速度得vB，則打點計時器打B點時小車的動能EkMv。(2)由動能定理得WMv2，解得v2W，則k。考點二實驗拓展創新例2 (2019·湖北重點高中聯考)用圖甲所示裝置來探究動能定理，將一傾斜氣墊導軌固定在水平桌面上，帶擋光片的滑塊置于導軌頂點A處，其總質量為M。導軌上有一光電門，可測擋光片通過光電門的擋光時間t，頂點A到導軌底端B點的距離

10、為d，A與B的高度差為h，擋光片寬度為b，A與光電門的距離為s，重力加速度為g，不計阻力，分析下列問題：(1)以滑塊、擋光片為系統。實驗時讓滑塊從頂點A由靜止釋放，當滑塊剛通過光電門時，合外力對系統做的功為W_，系統動能的增加量為Ek_M()2_(用題目中給出的字母表示)。(2)改變光電門的位置，每次實驗都讓滑塊從點A由靜止下滑，然后分別測出滑塊與光電門之間的距離s與擋光片通過光電門的時間t，最后根據實驗中的數據得到了如圖乙所示的s圖象。根據所作的圖象分析，該圖象_可以_(填“可以”或“不可以”)驗證動能定理，理由是_·s_(只需列出相關的表達式即可)。解析本題利用氣墊導軌和光電門探

11、究動能定理，理解圖象。(1)滑塊從A點到通過光電門時，合外力對系統做的功為WMgs，通過光電門瞬間滑塊和擋光片的速度為v，系統動能的增加量EkM()2。(2)若系統滿足WEk，即MgsM()2，則有·s，可見s，所以該圖象可以驗證動能定理。類題演練2(2019·河南南陽一中月考)某同學利用如圖所示的裝置驗證動能定理。固定并調整斜槽使它的末端O點的切線水平，在水平地面上依次鋪放好木板、白紙、復寫紙。將小球從斜槽上不同的標記點由靜止釋放，記錄小球到達斜槽底端時下落的高度H，并根據落點位置測量出小球平拋的水平位移x，改變小球在斜槽上的釋放位置，進行多次測量，記錄數據。(1)小球質

12、量為m，斜槽與水平槽均由特殊材料制成，可視為表面光滑，斜槽底端離地的高度為y，重力加速度為g，小球從斜槽上滑下至斜槽末端的過程中，合外力的總功W_mgH_;_動能改變量Ek_。(2)以H為橫坐標，以_x2_為縱坐標，在坐標圖上描點作圖，若為一條傾斜的直線，則可以得出結論：在實驗誤差允許的范圍內，小球運動到斜槽底端的過程中，合外力對小球所做的功等于小球動能的增量。解析本題考查利用平拋運動規律探究動能定理實驗。(1)小球從斜槽上滑下至斜槽末端的過程中，合外力的總功WmgH。由平拋運動規律得xv0t，ygt2，由以上兩式解得v0x，小球動能改變量Ekmv。(2)由動能定理得mgH，以H為橫坐標，以x

13、2為縱坐標，則圖線是一條傾斜的直線。2 NIAN GAO KAO MO NI XUN LIAN2年高考·模擬訓練1(2019·江蘇，10)某興趣小組用如題圖1所示的裝置驗證動能定理。(圖1)(1)有兩種工作頻率均為50 Hz的打點計時器供實驗選用：A電磁打點計時器B電火花打點計時器為使紙帶在運動時受到的阻力較小，應選擇_B_(選填“A”或“B”)。(2)保持長木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點計時器的限位孔。實驗中，為消除摩擦力的影響，在砝碼盤中慢慢加入沙子，直到小車開始運動。同學甲認為此時摩擦力的影響已得到消除。同學乙認為還應從盤中取出適量沙子，直至輕推小車觀察

14、到小車做勻速運動。看法正確的同學是_乙_(選填“甲”或“乙”)。(3)消除摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼。接通打點計時器電源，松開小車，小車運動。紙帶被打出一系列點，其中的一段如題圖2所示。圖中紙帶按實際尺寸畫出，紙帶上A點的速度vA_0.31(0.300.33都算對)_m/s。(圖2)(4)測出小車的質量為M，再測出紙帶上起點到A點的距離為L。小車動能的變化量可用EkMv算出。砝碼盤中砝碼的質量為m，重力加速度為g。實驗中，小車的質量應_遠大于_(選填“遠大于”“遠小于”或“接近”)砝碼、砝碼盤和沙子的總質量，小車所受合力做的功可用WmgL算出。多次測量，若W與Ek均基本相等則驗證了動能

15、定理。解析(1)電磁打點計時器打點計時時振針與紙帶之間的摩擦較大；電火花打點計時器是電磁脈沖產生的電火花在紙帶上打點，紙帶所受阻力較小，故選B項。(2)由于剛開始運動，拉力克服最大靜摩擦力，而最大靜摩擦力略大于滑動摩擦力，故平衡摩擦力的兩種說法中，乙同學正確。(3)取與A點相鄰的兩點。用毫米刻度尺測出兩點之間的距離，如圖所示。用平均速度表示A點的瞬時速度，vA m/s0.31 m/s。(4)本實驗要驗證的表達式是mgLMv，用砝碼的重力表示拉力的前提是mM。2(2019·江西南昌十中期中)如圖甲所示是某同學驗證動能定理的實驗裝置。他的步驟如下：a易拉罐內盛上適量細沙，用輕繩通過滑輪連

16、接在小車上，小車連接紙帶。合理調整木板傾角，讓小車沿木板勻速下滑。b取下輕繩和易拉罐，測出易拉罐和細沙的質量m及小車質量M。c取下輕繩和易拉罐后，換一條紙帶，讓小車由靜止釋放，打出的紙帶如圖乙(中間部分未畫出)，O為打下的第一個點。已知打點計時器的打點頻率為f，重力加速度為g。(1)步驟c中小車所受的合外力為_mg_。(2)為驗證從O到C過程中小車所受合外力做功與小車動能變化的關系，測出B、D間的距離為x0，O、C間的距離為x1，則C點對應的小車速度為_。需要驗證的關系式為_mgx1_(用所測物理量的符號表示)。解析本題考查根據改進實驗探究動能定理的數據處理。(1)小車沿木板勻速下滑時受到重力

17、、支持力、摩擦力和拉力，由平衡條件知，小車所受合外力為零；撤去拉力后，其余力不變，故小車所受合外力等于撤去的易拉罐和細沙的重力mg。(2)由中間時刻的速度等于這段時間內的平均速度，可知C點對應的小車速度vC，小車動能的增量EkMv，合外力對小車做的功為Wmgx1，故需要驗證的關系式為mgx1。3(2020·山東鄒城二中模擬)在“探究功與速度變化的關系”實驗中，采用如圖甲所示裝置，水平正方形桌面距離地面高度為h，將橡皮筋的兩端固定在桌子邊緣上的兩點，將小球置于橡皮筋的中點，向左移動s距離，使橡皮筋產生形變，小球由靜止釋放后，飛離桌面，測得其平拋的水平射程為L。改變橡皮筋的條數，重復實驗。(1)實驗中，小球每次釋放的位置到桌子邊緣的距離s應_相同_。(填“不同”“相同”或“隨意”)