1、第四章,4 动能 动能定理 课时2 实验：研究合外力做功和动能变化的关系,学习目标 1.通过实验探究合外力对物体做的功与物体动能变化的关系. 2.学习利用图像法研究合外力做功与物体动能变化的关系.,内容索引, 重点知识探究, 当堂达标检测,自主预习梳理,自主预习梳理,改变钩码的质量或者改变小车运动的 ，也就改变了牵引力做的功，从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系.,一、原理 由钩码通过滑轮牵引小车，当小车的质量比钩码大得多时，可以把钩码所受的 当作小车受到的牵引力.如图1所示.,图1,重力,距离,二、实验步骤 1.按如图1所示安装好实验仪器. 2.平衡摩擦力：让纸带穿过打点计时器连在小
2、车后端， (填“不挂”或“挂上”)钩码，将安装有打点计时器的长木板的一端垫高，直到接通电源，轻推小车后，打点计时器在纸带上打出 的点为止. 3.在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线绕过滑轮连接小车和钩码. 4.将小车停在打点计时器附近，先 ，再 ，小车运动一段时间，关闭打点计时器电源. 5.改变钩码的数量，更换纸带重复(4)的操作.,不挂,间隔均匀,接通电源,释放小车,三、数据处理 1.选取点迹清晰的纸带，选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0、1、2、3. 2.测出0到点1、点2、点3的距离，即对应的小车的位移x1、x2、x3，利用公式vn 求出点1、点
3、2、点3对应的瞬时速度v1、v2、v3. 3.确定此纸带所挂的钩码的重力G，利用Wn ，分别求出小车的位移为x1、x2、x3时牵引力所做的功W1、W2、W3. 4.先对测量数据进行估算，或作Wv草图，大致判断两个量可能的关系，如果认为是Wv2(或其他)，然后以W为纵坐标，v2(或其他)为横坐标作图， 从而判定结论.,Gxn,四、注意事项 1.平衡摩擦力时，不挂钩码，轻推小车后，小车能做匀速直线运动. 2.计算牵引力做功时，可以不必算出具体数值，只用位移的数值与符号G的乘积表示即可.,重点知识探究,一、实验操作及注意事项,例1 某实验小组用如图2所示的实验装置和实验器材研究合外力做功和动能变化的
4、关系实验，在实验中，该小组同学把砂和砂桶的总重力当作小车受到的合外力.,图2,(1)为了保证实验结果的误差尽量小，在实验操作中，下面做法必要的是 A.实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作 B.实验操作时要先放小车，后接通电源 C.在利用纸带进行数据处理时，所选的两个点离得越近越好 D.在实验过程中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量,答案,解析 本题的实验原理是验证砂桶做的功等于小车动能的增加量，所以要测砂桶和砂、小车的质量，还要测纸带上各点的距离来求速度，所以所需的器材还应有天平和刻度尺.,(2)除实验装置中的仪器外，还需要的测量仪器是_.,答案,刻度尺、天平,解析,(3)如图3所示为实验中
5、打出的一条纸带，现选取纸带中的A、B两点来研究合外力做功和动能变化的关系.已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g.图中已经标明了要测量的物理量，另外，小车的质量为M，砂和砂桶的总质量为m.请你把要探究的结果用题中给出的字母表达出来_.,答案,图3,二、数据处理,例2 某实验小组利用拉力传感器和速度传感器“研究合外力做功和动能变化的关系”.如图4所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小.在水平桌面上相距50.0 cm的A、 B两点各安装一个速度传感器，记录 小车通过A、B时的速度大小.小车中 可以放置砝码.,图4,
6、(1)实验主要步骤如下： 测量_和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路. 将小车停在C点，接通电源，_，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度. 在小车中增加砝码，重复的操作.,答案,小车,然后释放小车,(2)如表所示是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，是两个速度传感器所记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量Ek，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功.表格中的Ek3_，W3_.(结果保留三位有效数字),答案,数据记录表,0.600,0.610,(3)根据表中数据在图5中作出
7、EkW图线.,答案,图5,答案 如图所示,当堂达标检测,1.(实验数据处理)在“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验中，某同学采用如图6甲所示装置，小车质量M，在平衡摩擦力之后，挂上重物m，小车拖动纸带并打出一系列的点.图乙中的纸带只是打出的纸带的一部分，所标注的点相邻两点的时间间隔为T.使用毫米刻度尺进行测量后，将数据记录在图中.则：(重力加速度为g),1,2,图6,(1)在该实验装置中绳子对小车的拉力取为mg，则小车质量M与所挂重物质量m应满足什么关系 A.Mm D.Mm,答案,解析,1,2,1,2,解析 重物加速下滑，处于失重状态，绳子对重物的拉力小于重物的重力，设拉力为F，根据牛顿第
8、二定律， 对重物，有mgFma 对小车，有FMa FF 解得F 故当Mm时，有Fmg.,(2)若小车质量M和重物质量m满足(1)中条件，请用题目所给各个物理量的符号计算下面问题：b点所对应的小车运动的速度为_；从b点到e点，小车动能的增加量为_； 从b点到e点，重物对小车做功为_.,答案,解析,1,2,mg(x2x3x4),1,2,解析 小车做匀加速直线运动，纸带上任意一点的速度等于该点前后相邻两点间的平均速度，故b点速度为：vb,e点速度为：ve,故b点所对应的小车运动的动能为,e点所对应的小车运动的动能为Eke,1,2,从b点到e点，小车动能的增加量为EkEkeEkb,重物的重力近似等于绳
9、子的拉力，根据功的定义，从b点到e点，重物对小车做功：Wmg(x2x3x4).,2.(实验操作和数据处理)物体在空中下落的过程中，重力做正功，物体的动能越来越大，为了“探究重力做功与物体动能变化间的定量关系”，我们提供了如图7所示的实验装置. 某同学根据所学的知识结合图中实验装置 设计了一个适合本实验情景的命题：如图 所示，设质量为m(已测定)的小钢球在重力 mg作用下从开始自由下落至光电门发生的 位移为x，通过光电门时的速度为v，试探 究外力做的功mgx与小球动能变化量 mv2 的定量关系.,图7,1,2,(1)某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数据. 用天平测定小球的质量为0.50 kg； 用游标卡尺测出小球的直径为10.0 mm； 用刻度尺测出电磁铁下端到_的 距离为80.40 cm； 电磁铁先通电，让小球_； 让电磁铁断电，小球自由下落； 在小球经过光电门时，计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50103 s； 计算得出重力做的功为4.02 J，小球动能变化量为_ J.(g取10 m/s2，结果保留三位有效数字).,答案,1,2,光电门,吸在电磁铁下端,4.00,(2)试根据(1)中条件作出本实验的结论：_ _.,答案,1,2,在误差允许范围内重力做功与,物体动能变化量相等,