1、4.4 研究合外力做功和動能變化的關(guān)系 探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系，需要測量不同的力探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系，需要測量不同的力在不同的過程中做的功和對應(yīng)的物體動能的變化量，這就需要在不同的過程中做的功和對應(yīng)的物體動能的變化量，這就需要測出物體的受力、力作用的距離和這段距離上物體的初、末速測出物體的受力、力作用的距離和這段距離上物體的初、末速度以及物體的質(zhì)量等物理量度以及物體的質(zhì)量等物理量，其中比較難測量的是物體在各個，其中比較難測量的是物體在各個位置的速度，可借助光電門較準(zhǔn)確地測出，也可借助紙帶和打位置的速度，可借助光電門較準(zhǔn)確地測出，也可借助紙帶和打點計時器來測量點計時器來測量

2、二、實驗器材二、實驗器材打點計時器、紙帶、復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木打點計時器、紙帶、復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、砝碼、夾子、細(xì)繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平板、小盤、砝碼、夾子、細(xì)繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平( (帶有帶有一套砝碼一套砝碼) )、刻度尺、刻度尺三、實驗步驟三、實驗步驟1 1用天平測出小車和小盤的質(zhì)量用天平測出小車和小盤的質(zhì)量M M和和m m，把數(shù)值記錄下來，把數(shù)值記錄下來2 2按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好?！咀⒁猓褐皇遣话寻凑杖鐖D所示裝置把實驗器材安裝好?！咀⒁猓褐皇遣话褢覓煨”P的細(xì)線系在小車上懸掛小盤的細(xì)線系在小車上( (即不給小車加牽引力即不

3、給小車加牽引力) )】3 3平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，反平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，反復(fù)移動木板的位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速運動狀態(tài)，這時小復(fù)移動木板的位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速運動狀態(tài)，這時小車拖著紙帶運動時受到的摩擦力恰好與小車所受重力在斜面方向上的分力平車拖著紙帶運動時受到的摩擦力恰好與小車所受重力在斜面方向上的分力平衡衡4 4把細(xì)繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤，先接通電源再放開小車，打把細(xì)繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤，先接通電源再放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列的點打點完成后切斷電源，取下

4、紙帶，在紙帶點計時器在紙帶上打下一系列的點打點完成后切斷電源，取下紙帶，在紙帶上標(biāo)上紙帶號碼上標(biāo)上紙帶號碼5 5在小盤內(nèi)放入質(zhì)量為在小盤內(nèi)放入質(zhì)量為m m的砝碼，重復(fù)步驟的砝碼，重復(fù)步驟4.4.在小盤內(nèi)分別放入質(zhì)量砝在小盤內(nèi)分別放入質(zhì)量砝碼，再重復(fù)步驟碼，再重復(fù)步驟4.4.數(shù)值都要記錄在紙帶上數(shù)值都要記錄在紙帶上( (或表格內(nèi)或表格內(nèi)) )6 6在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，標(biāo)明計數(shù)點，測量計數(shù)點在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，標(biāo)明計數(shù)點，測量計數(shù)點間的距離，算出每條紙帶上的加速度的值間的距離，算出每條紙帶上的加速度的值四、數(shù)據(jù)處理四、數(shù)據(jù)處理五、注意事項五、注意事項六、誤差分析

5、六、誤差分析例例1 1. .在利用打點計時器探究在利用打點計時器探究“物體做功與動能變化的關(guān)系物體做功與動能變化的關(guān)系”的實的實驗中，如果紙帶上前面幾點比較密集，不夠清晰，可舍去前面的比驗中，如果紙帶上前面幾點比較密集，不夠清晰，可舍去前面的比較密集的點，在后面取一段打點較為清晰的紙帶，同樣可以驗證，較密集的點，在后面取一段打點較為清晰的紙帶，同樣可以驗證，如圖所示，取如圖所示，取O O點為起始點，各點間的間距已量出并標(biāo)在紙帶上，點為起始點，各點間的間距已量出并標(biāo)在紙帶上，所用交流電的頻率為所用交流電的頻率為50 Hz50 Hz，重物的質(zhì)量為，重物的質(zhì)量為m kg.m kg.(1)(1)打打A

6、 A點時，重物下落速度為點時，重物下落速度為v vA A_，重物動能，重物動能EkA_.EkA_.(2)(2)打打F F點時，重物下落速度為點時，重物下落速度為v vF F_，重物動能，重物動能EkFEkF_(3)(3)打點計時器自打下打點計時器自打下A A點開始到打出點開始到打出F F點，重物重力做的功為點，重物重力做的功為_，動能的增加量為，動能的增加量為_(4)(4)根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重物從打點計時根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重物從打點計時器打出器打出A A點到打出點到打出F F點的過程中，得到的結(jié)論是點的過程中，得到的結(jié)論是_1.1.實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?

7、 :探究外力做功與物體動能變化的探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系關(guān)系2.2.實驗方法實驗方法: :利用物體由靜止自由下落時利用物體由靜止自由下落時, ,探探究重力做功與動能的變化的關(guān)系究重力做功與動能的變化的關(guān)系. .3.3.實驗器材實驗器材: :電火花打點計時器電火花打點計時器 紙帶紙帶 重錘重錘 鐵鐵架臺架臺 夾子夾子 刻度尺刻度尺4.4.實驗步驟：實驗步驟：(1):(1):把打點計時器把打點計時器豎直豎直安裝安裝在鐵架臺上。在鐵架臺上。(2):(2):把紙帶的一端固定在重把紙帶的一端固定在重錘上錘上, ,另一端穿過打點計時另一端穿過打點計時器的器的限位孔限位孔, ,用手用手豎直豎直提起提

8、起紙帶使重錘?？吭谟嫊r器附紙帶使重錘?？吭谟嫊r器附近。近。(3):(3):接通電源接通電源, ,松開紙帶松開紙帶, ,讓讓重錘自由下落。重錘自由下落。 接交流電源打點計時器夾子重物紙帶（4）重復(fù)多次，挑選點清晰的紙帶）重復(fù)多次，挑選點清晰的紙帶; 從某點開始依此標(biāo)上從某點開始依此標(biāo)上0、1、2、 3并以此測出各點到并以此測出各點到0點的距點的距 離離: h01、 h02、 h03、 h04、 h05012534ThhvA20103hABAB012534ThhvB20305選擇下落過程選擇下落過程A、B兩點，計算出兩點的高兩點，計算出兩點的高度差度差hAB和和A、B兩點的瞬時速度兩點的瞬時速度V

9、A、VB，2121AKmvE2221BKmvE22B2121AkmvmvE重力做功重力做功:WG =m g h動能的變化動能的變化: 比較比較WG 與與EK的大小的大小2122122121mvmvEEEKKk 因不需要知道動能和重力的功的因不需要知道動能和重力的功的具體數(shù)值，所以不需要測量重錘具體數(shù)值，所以不需要測量重錘m的質(zhì)量的質(zhì)量.6 6、實驗數(shù)據(jù)參考表格：、實驗數(shù)據(jù)參考表格：選擇的兩選擇的兩點的速度點的速度V/ms-1選擇的兩選擇的兩點的動能點的動能EK /J選擇的兩選擇的兩點距離點距離h /m重力做重力做功功wG動能的增動能的增加量加量EK 1V1V3EK1EK3 h03 h01mgh

10、13EK3 EK1 2V1V4EK1EK4 h04h01mgh14EK4EK1 3V2V5EK2EK5 h05h02mgh25EK5EK2012534實驗結(jié)論：在實驗誤差允許范圍內(nèi)，實驗結(jié)論：在實驗誤差允許范圍內(nèi)，外力做的功等于物體動能的變化。外力做的功等于物體動能的變化。即：即：W=EW=Ek k例例2 2. .質(zhì)量為質(zhì)量為1 kg1 kg的重物自由下落，通過打點計時器在紙帶上記錄下的重物自由下落，通過打點計時器在紙帶上記錄下運動過程，打點計時器所接電源為運動過程，打點計時器所接電源為6 V6 V、50 Hz50 Hz的交流電源，如圖的交流電源，如圖2 2所所示，紙帶上示，紙帶上O O點為重

11、物自由下落時打點的起點，選取的計數(shù)點點為重物自由下落時打點的起點，選取的計數(shù)點A A、B B、C C、D D、E E、F F、G G依次間隔一個點依次間隔一個點( (圖中未畫出圖中未畫出) )，各計數(shù)點與，各計數(shù)點與O O點的距離依點的距離依次為次為31.431.4、70.670.6、125.4125.4、195.9195.9、282.1282.1、383.8383.8、501.2501.2，單位為，單位為mmmm，重力加速度為重力加速度為9.8 m/s9.8 m/s2 2，則，則(1)(1)求出求出B B、C C、D D、E E、F F各點速度并填入下表各點速度并填入下表 計數(shù)點BCDEF速

12、度(ms1) (2)(2)求出物體下落時從求出物體下落時從O O點到圖中各點過程中重力所做的功點到圖中各點過程中重力所做的功. .計數(shù)點BCDEF功(J) (3)(3)適當(dāng)選擇坐標(biāo)軸，在圖適當(dāng)選擇坐標(biāo)軸，在圖3 3中作出重力做的功與速度的相關(guān)量之間的關(guān)系圖中作出重力做的功與速度的相關(guān)量之間的關(guān)系圖圖中縱坐標(biāo)表示圖中縱坐標(biāo)表示_，橫坐標(biāo)表示，橫坐標(biāo)表示_，由圖可得重力所做，由圖可得重力所做的功與的功與_成成_關(guān)系關(guān)系例例3 3、某同學(xué)做探究動能定理的實驗、某同學(xué)做探究動能定理的實驗, ,如圖如圖3 3所示所示, ,圖中小車在一條橡皮筋的作圖中小車在一條橡皮筋的作用下彈出用下彈出, ,沿木板滑行沿

13、木板滑行, ,這時這時, ,橡皮筋對小車做的功為橡皮筋對小車做的功為W W. .當(dāng)用當(dāng)用2 2條條,3,3條條實驗時實驗時, ,使每次實驗中橡皮筋伸長使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致的長度都保持一致. .每次實驗中小車獲得的每次實驗中小車獲得的速度都由打點計時器所打的紙帶測出速度都由打點計時器所打的紙帶測出. .圖圖3 3(1)(1)除了圖中已有的器材外除了圖中已有的器材外, ,還需要導(dǎo)線、開關(guān)、還需要導(dǎo)線、開關(guān)、 ( (填測量工具填測量工具) )和和 電源電源( (填填“交流交流”或或“直流直流”).).(2)(2)實驗中小車會受到阻力實驗中小車會受到阻力, ,可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡

14、摩擦力可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦力, ,需要在需要在 ( (填填“左左”或或“右右”) )側(cè)墊高木板側(cè)墊高木板. .(3)(3)某次所打紙帶如圖某次所打紙帶如圖4 4所示所示, ,在正確操作的情況下在正確操作的情況下, ,打在紙帶上的點并不都是打在紙帶上的點并不都是均勻的均勻的, ,為了測量小車獲得的速度為了測量小車獲得的速度, ,應(yīng)選用紙帶的應(yīng)選用紙帶的 部分進行測量部分進行測量( (根根據(jù)下面所示的紙帶回答據(jù)下面所示的紙帶回答) ) 刻度尺刻度尺交流交流左左 GHIJGHIJ 方案三、方案三、 探究恒力做功與動能改變的關(guān)系探究恒力做功與動能改變的關(guān)系. .原理：原理：用如圖所示裝置用如圖

15、所示裝置, ,讓小車在橡皮筋讓小車在橡皮筋作用下彈出作用下彈出, ,使小車獲得速度后沿木板勻使小車獲得速度后沿木板勻速滑行速滑行. .當(dāng)用一條橡皮筋彈出時對小車做的功記為當(dāng)用一條橡皮筋彈出時對小車做的功記為W W, ,則用兩條、三條則用兩條、三條完完全相同的橡皮筋并在一起進行第全相同的橡皮筋并在一起進行第2 2次、第次、第3 3次次實驗實驗, ,每次橡皮筋都拉伸到每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放時同一位置釋放時, , 橡皮筋對小車做的功就是第橡皮筋對小車做的功就是第1 1次的次的2 2倍倍(2(2W W) )、3 3倍倍(3(3W W) .) .橡皮筋每次實驗做的功使小車獲得的速度根據(jù)打點計時器

16、打出的紙帶得到橡皮筋每次實驗做的功使小車獲得的速度根據(jù)打點計時器打出的紙帶得到. .當(dāng)?shù)贸鋈舾山M功和速度的數(shù)據(jù)后當(dāng)?shù)贸鋈舾山M功和速度的數(shù)據(jù)后, ,以橡皮筋對小車做的功為縱坐標(biāo)以橡皮筋對小車做的功為縱坐標(biāo), ,分別以小分別以小車獲得的速度車獲得的速度v v、v v2 2、為橫坐標(biāo)、為橫坐標(biāo), ,以第以第1 1次實驗時的功次實驗時的功W W為單位為單位, ,用描點法分別作用描點法分別作出出W Wv v、W Wv v2 2、曲線、曲線, ,分析曲線分析曲線, ,得出橡皮筋對小車做的功與小車獲得速度的得出橡皮筋對小車做的功與小車獲得速度的定量關(guān)系定量關(guān)系. . 步驟：步驟：1.1.安裝實驗裝置安裝實驗

17、裝置: :如圖如圖1 1所示所示. . 2.2.平衡摩擦力平衡摩擦力: :在長木板的有打點計時器的一端下面墊一塊木板在長木板的有打點計時器的一端下面墊一塊木板, , 反復(fù)移動木板的位置反復(fù)移動木板的位置, ,直至小車上不掛橡皮筋時直至小車上不掛橡皮筋時, ,紙帶打出的點間距均勻紙帶打出的點間距均勻, , 即小即小 車能勻速運動為止車能勻速運動為止. . 3.3.把小車的另一端與一條橡皮筋的中點連接把小車的另一端與一條橡皮筋的中點連接, ,向后向后 拖動紙帶拖動紙帶, ,并并 記下此時小車的位置記下此時小車的位置. .然后接通電源然后接通電源, ,放開小車放開小車, ,將得到的紙帶標(biāo)號為將得到的

18、紙帶標(biāo)號為1. 1. 4.4.換上新紙帶換上新紙帶, ,橡皮筋分別采用兩條、三條、四條橡皮筋分別采用兩條、三條、四條,重復(fù)步驟重復(fù)步驟3,3,將紙帶將紙帶 標(biāo)號標(biāo)號2 2、3 3、44器材：木板、小車、橡皮筋、打點計時器及交流電源、紙帶、刻度尺等器材：木板、小車、橡皮筋、打點計時器及交流電源、紙帶、刻度尺等. . 處理數(shù)據(jù)：處理數(shù)據(jù)：1.1.以橡皮筋對小車做的功為縱坐標(biāo)以橡皮筋對小車做的功為縱坐標(biāo)( (以第以第1 1次實驗時的功次實驗時的功W W為單位為單位),),小車獲得的小車獲得的速度為橫坐標(biāo)速度為橫坐標(biāo), ,作出作出W Wv v曲線曲線. .如果如果W Wv v曲線是一條直線曲線是一條直線, ,表明表明W Wv v; ;如果不是直如果不是直線線, ,可考慮是否存在下列關(guān)系可考慮是否存在下列關(guān)系: : W Wv v2 2、W Wv v3 3、2.2.根據(jù)各種草圖根據(jù)各種草圖, ,大致判斷兩個量可能是什么關(guān)系大致判斷兩