實驗五

探究動能定理【實驗過程】1.按實驗原理圖將儀器安裝好。2.平衡摩擦力。3.拉伸的橡皮筋對小車做功：(1)用1條橡皮筋拉小車——做功W；(2)用2條橡皮筋拉小車——做功2W；(3)用3條、4條…橡皮筋拉小車——做功3W、4W…【數(shù)據(jù)處理】1.求速度：實驗獲得如圖所示紙帶，利用紙帶上點跡均勻的一段測出兩點間的距離，如紙帶上A、C兩點間的距離x，則v=(其中T為打點周期)。2.記數(shù)據(jù)：計算W、2W、3W、…時對應(yīng)v、v2的數(shù)值，填入表格。

WvnW2W3W4W5Wvv23.作圖象：在坐標紙上分別作出W-v和W-v2圖線，從中找出功與速度變化的關(guān)系。4.得結(jié)論：從圖象分析外力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系為W∝v2?！菊`差分析】1.誤差的主要來源是橡皮筋的長度不同、粗細不一，使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)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.利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來的誤差?！咀⒁馐马棥?.平衡摩擦力：將木板一端墊高，使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡。方法：使小車連著紙帶并接通電源，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，找到長木板的一個合適的傾角。2.選點測速：測小車的速度時，紙帶上的點應(yīng)選均勻部分的，也就是選小車做勻速運動時的部分。3.橡皮筋的選擇：橡皮筋應(yīng)選規(guī)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(shù)值。4.先后順序：開始實驗時，小車應(yīng)靠近打點計時器，并且要先接通電源再釋放小車。5.小車的選擇：小車質(zhì)量應(yīng)適當大一些，使紙帶上打的點多一些。熱點一教材原型實驗【典例1】(2019·東莞模擬)如圖甲所示為探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度關(guān)系的實驗裝置，打點計時器使用的電源頻率為50Hz。實驗主要過程如下

①設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、……②分析打點計時器打出的紙帶，求出小車的速度v1、v2、v3、……③作出W-v草圖。④分析W-v圖象，如果W-v圖象是一條直線，表明W∝v；如果不是直線，可考慮是否存在W∝v2、W∝v3、W∝等關(guān)系。(1)實驗中木板略微傾斜，這樣做_____。

A.是為了使釋放小車后，小車能勻加速下滑B.是為了增大小車下滑的加速度C.可使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功D.可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運動(2)實驗中先后用同樣的橡皮筋1條、2條、3條……合并起來掛在小車的前端進行多次實驗，每次都要把小車拉到同一位置再釋放。把第1次只掛1條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為W1，第二次掛2條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為2W1……橡皮筋對小車做功而使小車獲得的速度可根據(jù)打點計時器打出的紙帶算出。根據(jù)第四次的紙帶(如圖乙所示)求得小車獲得的速度為_______m/s。(保留3位有效數(shù)字)

(3)通過實驗獲得較科學的數(shù)據(jù)作出的W-v2圖象，應(yīng)為圖丙中的_______。

【解析】(1)實驗中木板略微傾斜，目的是平衡摩擦力，使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功，使得橡皮筋松弛后，小車做勻速直線運動，故C、D正確，A、B錯誤。(2)橡皮筋松弛后，小車做勻速直線運動，則小車獲得的速度v=m/s=2.00m/s。(3)合力做功等于動能的增加量，即W=mv2，可知W與v2成正比，故A正確，B、C、D錯誤。答案：(1)C、D

(2)2.00

(3)A熱點二創(chuàng)新拓展實驗題型1氣墊導軌和光電門【典例2】(2019·銀川模擬)某實驗小組利用如圖甲所示的實驗裝置來探究做功與物體動能變化的關(guān)系，當?shù)刂亓铀俣葹間。

(1)該小組成員用游標卡尺測得遮光條(如圖乙所示)的寬度d=_____cm，用天平測得滑塊與遮光條的總質(zhì)量為M、鉤碼的質(zhì)量為m。

(2)實驗前需要調(diào)節(jié)氣墊導軌使之水平，實驗時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間Δt=1.2×10-2s，則滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度v=_______m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

(3)在本次實驗中為了確保細線拉力所做的功與鉤碼重力做的功近似相等，則滑塊與遮光條的總質(zhì)量M與鉤碼的質(zhì)量m間應(yīng)滿足_____，本實驗中還需要測量的物理量是

_______________________________________(用文字說明并用相應(yīng)的字母表示)。(4)本實驗中可通過改變鉤碼的質(zhì)量測得多組數(shù)據(jù)并作出圖象來進行探究，則下列圖象中符合真實實驗情況的是_____。

【創(chuàng)新點分析】(1)用光電門測滑塊的速度更準確。(2)在氣墊導軌上不必再平衡滑塊的摩擦力?！窘馕觥?1)游標卡尺的讀數(shù)等于主尺讀數(shù)加上游標讀數(shù)，所以遮光條的寬度為d=6mm+0.05mm×13=6.65mm=0.665cm。(2)滑塊經(jīng)過光電門的瞬時速度為：v=m/s≈0.55m/s。(3)令細線的拉力為FT，則有FT=Ma，mg-FT=ma，解得FT=Ma=只有當M?m時，F(xiàn)T=mg，即當M?m時細線拉力做的功與鉤碼重力所做的功近似相等，細線拉力做的功為W=mgs，即需要測量開始滑塊靜止時遮光條到光電門的距離s。(4)保持滑塊與遮光條的總質(zhì)量M不變，細線拉力做的功W=mgs，滑塊與遮光條的動能改變量ΔEk=Mv2-0，由運動學公式得v2=2as，由牛頓第二定律得mg=Ma，又有v=聯(lián)立解得即-m圖象為過原點的傾斜直線，但當鉤碼的質(zhì)量不能遠小于滑塊與遮光條的總質(zhì)量時，有兩式相比可知，圖象斜率會變小，故C正確。答案：(1)0.665

(2)0.55

(3)M?m開始滑塊靜止時遮光條到光電門的距離s

(4)C題型2彈簧測力計或拉力傳感器【典例3】(2019·洛陽模擬)某小組為探究合力做功與物體動能改變的關(guān)系，設(shè)計了如下實驗。如圖所示，帶滑輪的長木板水平放置，力傳感器固定在墻上，輕繩分別跨過固定在滑塊上的滑輪和固定在長木板一端的滑輪，一端與力傳感器連接，另一端豎直懸掛一砂桶，砂桶距地面足夠遠。調(diào)節(jié)兩滑輪的位置使輕繩與長木板平行，不計輕繩與各滑輪之間的摩擦。(1)實驗時，必須要進行的操作是_____(選填選項前的字母)。

A.用天平測量砂和砂桶的總質(zhì)量mB.用天平測量滑塊(帶滑輪)的質(zhì)量MC.將長木板右端墊高以平衡摩擦力D.使砂和砂桶的總質(zhì)量遠小于滑塊(帶滑輪)的質(zhì)量M(2)該小組按照正確的步驟進行了多次實驗。在某次實驗中，記錄了傳感器的示數(shù)F，得到了一條紙帶，在紙帶上取了A、B、C、D、E、F、G7個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T，用刻度尺量出了從A點到其他計數(shù)點間的距離分別為d1、d2、d3、d4、d5、d6，如圖所示。若要計算從B到F點的過程中滑塊(帶滑輪)動能的變化量，則可利用表達式ΔE=___________進行計算。若要計算從B到F點的過程中合外力對滑塊(帶滑輪)所做的功，則可利用表達式W=___________進行計算(以上2個表達式必須用題目中所給的字母表示)。

【創(chuàng)新點分析】(1)用力傳感器可直接測繩的拉力大小，不必滿足滑塊的質(zhì)量遠大于懸掛物的質(zhì)量。(2)計算合外力對滑塊的功更方便，結(jié)果更準確?！窘馕觥?1)繩子的拉力可以通過力傳感器得出，所以不需要測量砂和砂桶的總質(zhì)量m，故A、D錯誤；因需要求出滑塊的動能，所以必須用天平測量滑塊(帶滑輪)的質(zhì)量M，故B正確；由于要使拉力所做的功為總功，所以實驗中需要平衡