物理第五章機(jī)械能及其守恒定律實(shí)驗(yàn)五探究動能定理一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)驗(yàn)探究外力做功與物體速度變化的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理探究功與速度變化的關(guān)系，可用如圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過增加橡皮筋的條數(shù)，使橡皮筋對小車做的功成倍增加，再通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶來測量每次實(shí)驗(yàn)中小車的末速度v，最后通過數(shù)據(jù)分析得出功與速度變化的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)器材橡皮筋、小車(前面帶小鉤)、長木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、紙帶、刻度尺、鐵釘?shù)取Ｋ摹?shí)驗(yàn)過程1．墊高長木板的一端，平衡摩擦力。2．拉伸的橡皮筋對小車做功(1)用1條橡皮筋拉小車——做功W0；(2)用2條橡皮筋拉小車——做功2W0；(3)用3條橡皮筋拉小車——做功3W0。3．測出每次做功后小車獲得的速度v。4．利用各次實(shí)驗(yàn)測得的v和W數(shù)據(jù)繪制W－v、W－v2、W－v3、…圖象，直到明確得出W和v的關(guān)系。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論在誤差允許的范圍內(nèi)，外力做的功與物體速度的平方成正比，即W∝v2。六、誤差分析1．誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細(xì)不一，使橡皮筋的拉力做的功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(shí)傾角過大也會造成誤差。3．利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí)，測量不準(zhǔn)帶來誤差。七、注意事項(xiàng)1．平衡摩擦力時(shí)，將木板一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。方法是輕推小車，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否勻速運(yùn)動，從而找到木板一個(gè)合適的傾角。2．測小車的速度時(shí)，應(yīng)選紙帶上的點(diǎn)均勻分布的部分。3．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(jì)算出具體數(shù)值。4．小車的質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些。某學(xué)習(xí)小組做“探究合力的功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，圖中小車是在1條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行，這時(shí)橡皮筋對小車做的功記為W。當(dāng)用2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)時(shí)，使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長的長度都保持一致。每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測出。熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作(1)除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、________(填測量工具)和____________(選填“交流”或“直流”)電源。(2)實(shí)驗(yàn)中，小車會受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦阻力，則下面操作正確的是____________。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√(3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動，當(dāng)小車速度最大時(shí)，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是________。A．橡皮筋處于原長狀態(tài) B．橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)C．小車在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處 D．小車已過兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線√(4)在正確操作情況下，打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的__________部分進(jìn)行測量(根據(jù)下面的紙帶回答)。[解析]

(1)為測量小車獲得的速度，必須用刻度尺來測量紙帶上點(diǎn)和點(diǎn)之間的距離；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須使用交流電源。(2)平衡摩擦力時(shí)，也要平衡掉紙帶與限位孔之間的摩擦力。根據(jù)平衡狀態(tài)的特點(diǎn)，拖著紙帶的小車做勻速運(yùn)動時(shí)即平衡掉了摩擦力。(3)若木板水平放置，則未平衡摩擦力。小車速度最大時(shí)，也就是加速度為零的時(shí)刻，即橡皮筋對小車的拉力等于小車受到的摩擦力的時(shí)刻，此時(shí)橡皮筋處于伸長狀態(tài)，小車還未到兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處，B正確。(4)應(yīng)該選用紙帶上小車做勻速運(yùn)動部分進(jìn)行測量，此時(shí)小車的速度最大，即GK部分。[答案]

(1)刻度尺交流(2)D

(3)B

(4)GK【對點(diǎn)練1】

某同學(xué)把附有滑輪的長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，將細(xì)繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動，以此定量探究繩拉力做功與小車動能變化的關(guān)系。此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊等。組裝的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。(1)若要完成該實(shí)驗(yàn)，必需的實(shí)驗(yàn)器材還有________________。(2)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行。他這樣做的目的是________(填字母代號)。A．避免小車在運(yùn)動過程中發(fā)生抖動B．可使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡清晰C．可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動D．可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力√(3)平衡摩擦力后，當(dāng)他用多個(gè)鉤碼牽引小車時(shí)，發(fā)現(xiàn)小車運(yùn)動過快，致使打出的紙帶上點(diǎn)數(shù)較少，難以選到合適的點(diǎn)計(jì)算小車速度。在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請你利用本實(shí)驗(yàn)的器材提出一個(gè)解決方法：____________________________。(4)他將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些。這一情況可能是下列哪些原因造成的________(填字母代號)。A．在接通電源的同時(shí)釋放了小車B．小車釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太近C．阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉D．鉤碼做勻加速運(yùn)動，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力√√解析：(1)實(shí)驗(yàn)要處理紙帶測速度，需要刻度尺，要分析動能的變化，必須要測出小車的質(zhì)量，因此還需要天平。(2)實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)定滑輪高度，使細(xì)繩與木板平行，可在平衡摩擦力后使細(xì)繩的拉力等于小車所受的合力，如果不平行，細(xì)繩的拉力在垂直于木板的方向上就有分力，改變了摩擦力就不能使細(xì)繩拉力等于小車所受的合力，D正確。(3)在所掛鉤碼個(gè)數(shù)不變的情況下，要減小小車運(yùn)動的加速度，可以增大小車的質(zhì)量，即可在小車上加適量的砝碼(或鉤碼)。(4)如果用鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，發(fā)現(xiàn)拉力做的功總比小車動能的增量大，原因可能是阻力未被完全平衡掉，因此拉力做功一部分用來增大小車動能，一部分用來克服阻力做功；也可能是小車做加速運(yùn)動，因此細(xì)繩的拉力小于鉤碼的重力，鉤碼的重力做的功大于細(xì)繩的拉力做的功，即大于小車動能的增量，C、D正確。答案：(1)刻度尺、天平(包括砝碼)

(2)D

(3)可在小車上加適量的砝碼(或鉤碼)

(4)CD

(2020·內(nèi)江市上學(xué)期一模)如圖甲，是“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置，當(dāng)質(zhì)量為0.1kg的小車，在1條橡皮筋作用下彈出時(shí)，橡皮筋對小車做的功記為W；當(dāng)用2條、3條……完全相同的橡皮筋進(jìn)行第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的拉伸長度相同，因此第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋對小車做的功分別為2W、3W……每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的最大速度可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打出的紙帶求出。則：熱點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)操作(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是_____(填選項(xiàng)序號字母)。A．必須平衡摩擦力B．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以用干電池供電C．每次實(shí)驗(yàn)，小車必須從同一位置由靜止釋放D．可以選用規(guī)格不相同的橡皮筋√√(2)圖乙為某次用1條橡皮筋實(shí)驗(yàn)打出的紙帶，測得A、B、C、D、E相鄰兩點(diǎn)間的距離分別為AB＝1.60cm，BC＝1.62cm，CD＝1.64cm，DE＝1.64cm，已知相鄰兩點(diǎn)打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s，則小車獲得的最大速度為_______m/s。如果用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，那么，在理論上，小車獲得的最大動能為_______J(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。[解析]

(1)為了保證小車的動能都是橡皮筋做功的結(jié)果，必須平衡摩擦力，長木板要適當(dāng)?shù)膬A斜，故A正確；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是低壓交流電源，故B錯誤；根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，每次實(shí)驗(yàn)，小車必須從同一位置由靜止彈出，故C正確；根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，橡皮筋必須是相同的，故D錯誤。【對點(diǎn)練2】

(2020·雅安市上學(xué)期一診)某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究恒力做功與小車動能變化的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶的總重力表示小車所受合力。(1)下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的操作，正確的有________。A．砂和砂桶的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量B．實(shí)驗(yàn)所用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電源應(yīng)選用電壓約為6V的蓄電池C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作，后釋放小車D．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)掛上空砂桶，逐漸抬高木板，直到小車能勻速下滑√√(2)圖乙為實(shí)驗(yàn)得到的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，A、B、C、D、E、F、G是紙帶上7個(gè)連續(xù)的點(diǎn)。已知電源頻率為50Hz，則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打D點(diǎn)時(shí)紙帶的速度v＝________m/s(保留3位有效數(shù)字)。(3)該同學(xué)平衡了摩擦力后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出了小車動能變化ΔEk與繩子拉力對小車所做功W的關(guān)系圖象，他得到的圖象應(yīng)該是________。√解析：(1)實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶的總重力表示小車所受合力，為了使小車的合力近似等于砂和砂桶的總重力，砂和砂桶的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，故A正確；實(shí)驗(yàn)所用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電源應(yīng)選用電壓約為6V的交流電源，而蓄電池提供的是直流電源，故B錯誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作，后釋放小車，才能夠在紙帶上打出足夠多的點(diǎn)，故C正確；平衡摩擦力時(shí)，不應(yīng)掛上空砂桶，故D錯誤。1．裝置時(shí)代化熱點(diǎn)三創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

(2020·黃山市第一次質(zhì)檢)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究功和動能變化的關(guān)系。一木板放在安裝有定滑輪和光電門的氣墊導(dǎo)軌上，木板左右兩端安裝了寬度均為d的相同遮光條A、B，木板(含遮光條)的質(zhì)量為M，兩遮光條間的距離為L，用不可伸長的細(xì)線繞過定滑輪，把木板與力傳感器連接起來，傳感器下方懸掛鉤碼，將木板由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器可讀出遮光條通過光電門的時(shí)間。(1)在完成實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是________。(填選項(xiàng)前字母)A．應(yīng)使木板質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量B．應(yīng)使木板釋放的位置與光電門間的距離適當(dāng)大些C．應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平D．應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行√(2)按要求調(diào)整好實(shí)驗(yàn)裝置后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，主要測量步驟如下：①將木板從距離光電門適當(dāng)?shù)奈恢糜伸o止釋放，木板在細(xì)線拉動下運(yùn)動，記錄力傳感器的示數(shù)F及遮光條A、B先后經(jīng)過光電門的時(shí)間為t1、t2，則遮光條A、B通過光電門的過程中木板動能的變化量ΔEk＝________，合外力對木板做功W＝_______。(以上兩空用字母M、t1、t2、d、L、F表示)②增加所掛鉤碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)①的操作，比較W、ΔEk的大小,可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。[解析]

(1)力傳感器測出的力就是細(xì)線對木板的真實(shí)拉力，因此無須滿足使木板質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量。使木板釋放的位置與光電門間的距離適當(dāng)大些，可減小測量誤差；此實(shí)驗(yàn)需要滿足導(dǎo)軌水平且細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行。因此不必要的實(shí)驗(yàn)要求是A。【對點(diǎn)練3】

(2020·廣東六校聯(lián)盟第二次聯(lián)考)如圖所示是某學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)的“探究做功與速度的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置，將光電門固定在直軌道上的O點(diǎn)，將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)線通過一個(gè)定滑輪將小車與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車所受拉力F的大小，通過光電門記錄遮光條通過光電門的時(shí)間t，結(jié)合遮光條的寬度d計(jì)算出小車通過光電門時(shí)的速度，該小組提出如下操作方案：用同一鉤碼通過細(xì)線拉同一小車，每次小車從不同位置由靜止釋放，各位置A、B、C、D、E、F、G(圖中只標(biāo)出了G)與O點(diǎn)間的距離s分別為s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7。【對點(diǎn)練4】

(2020·天津市濱海七所重點(diǎn)學(xué)校聯(lián)考)某同學(xué)利用圖示實(shí)驗(yàn)裝置探究做功與滑塊動能變化的關(guān)系，重力加速度大小為g。(1)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d＝2.14mm，則所用的是____分度的游標(biāo)卡尺(選填“10”“20”或“50”)。(2)下列實(shí)驗(yàn)操作必要的是________。A．調(diào)整軌道成水平B．調(diào)整軌道的傾角以平衡摩擦力C．必須滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊與遮光條的總質(zhì)量(3)按正確操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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