實驗四探究動能定理 PPT課件

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1、第1頁/共61頁 1. 理解探究動能定理的實驗原理 2. 掌握探究動能定理的數(shù)據(jù)處理方法 3. 會分析探究動能定理的實驗誤差 第2頁/共61頁 1. 實驗目的 (1) 通過實驗探究外力對物體做功與物體速度變化的關系 (2) 通過分析實驗數(shù)據(jù)，總結出做功與物體速度的_成正比例關系平方 第3頁/共61頁 2. 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(shù)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(shù)據(jù) (3) 以橡皮筋對小車做的功為縱坐標，分別以小車獲得的速度

2、v、v2為橫坐標，作出Wv、Wv2曲線，分析這些曲線，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第4頁/共61頁 3. 實驗器材 小車(前面帶小鉤)、長木板(兩側適當?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘)、打點計時器及紙帶、學生電源及導線(使用電火花計時器時不用學生電源)、56條相同的橡皮筋、_. 4. 實驗步驟 (1) 按圖所示將實驗儀器安裝好刻度尺 第5頁/共61頁 (2) 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，反復移動木板的位置，直至小車上不掛橡皮筋時，紙帶打出的點_，即小車能勻速運動為止 (3) 先用一條橡皮筋做實驗，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

3、小車做的功為W1，將這一組數(shù)據(jù)記入表格間距均勻 第6頁/共61頁 (4) 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(shù)據(jù)記入表格 (5) 用3條、4條橡皮筋做實驗，用同樣的方法測出功和速度，記入表格第7頁/共61頁 5. 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勻速運動，找到木板一個合適的傾角 (2) 測小車速度時，紙帶上的點應選均勻部分的，也就是選小車做勻速運動狀態(tài)時對應的點 (3) 橡皮筋應選規(guī)格一樣的力對

4、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) 小車質量應大一些，使紙帶上打的點多一些第8頁/共61頁 6. 誤差分析 (1) 誤差的主要來源是_，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 (3) 利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來誤差橡皮筋的長度、粗細不一 第9頁/共61頁第10頁/共61頁 1. 實驗原理的理解 (1) 為使細線的拉力作為小車的合外力，本實驗必須平衡小車的摩擦力 (2) 平衡摩擦力時，輕推小車，只要紙帶上點間距相等，小車做勻速運動即可完成實驗原理與操作實驗原理與操作第11頁/共61頁 2.

5、實驗操作的注意事項 (1) 平衡摩擦力：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勻速運動，找到木板一個合適的傾角 (2) 靜止釋放：由靜止釋放小車，小車的動能增量等于小車的末動能 (3) 選點測速：測小車速度時，紙帶上的點應選均勻部分的，也就是選小車做勻速運動狀態(tài)的 (4) 規(guī)格相同：橡皮筋規(guī)格相同時，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 第12頁/共61頁 典題演示1(原創(chuàng))某同學現(xiàn)要用圖甲來“探究動能定理” (1) 完成下列部分實驗步驟所缺的內容： 安裝好實驗器材，小車先不掛鉤碼，對小

6、車進行_的實驗操作甲平衡摩擦力第13頁/共61頁 給小車掛上鉤碼進行實驗圖乙是從多次實驗中選出的一條紙帶置于一透明刻度尺上在紙帶上選擇起始點O及A、B、C、D、E和F七個計數(shù)點，可獲得各計數(shù)點到O的距離s，由圖乙讀得O到C點的位移為s3_ cm.乙乙5.035.05(在這個范圍內都對)第14頁/共61頁 由圖乙求出小車在各計數(shù)點的瞬時速度的大小v1、v2、v5，則打點計時器打下C點時小車的速度為v3_m/s. (2) 由圖乙可知小車在此次實驗的加速度大小為a_m/s2.0.491.22 第15頁/共61頁 (3) 計算出打點計時器打下A、B、E時小車瞬時速度的平方v、v，然后分別求出v、v與v

7、的差值v、v、v，最后計算出小車通過sAB、sBC、sDE的位移時鉤碼重力對小車做的功W1、W2、W4，最后得到了如圖丙所示的v2W圖象丙丙第16頁/共61頁 通過圖象可得到的結論是_ _， (4) 若圖線的斜率k18，則小車的質量M_ kg.(保留三位有效數(shù)字)合外力對物體做的功等于物體動能的變化量0.111第17頁/共61頁第18頁/共61頁第19頁/共61頁 1. 數(shù)據(jù)處理的方法 (1) 紙帶上點間距相等部分對應橡皮筋松弛后小車獲得的末速度 (2) 因完全相同的橡皮筋，拉伸相同的長度，故橡皮筋對小車做的總功與橡皮筋條數(shù)成正比數(shù)據(jù)處理與誤差分析數(shù)據(jù)處理與誤差分析第20頁/共61頁 2. 利

8、用圖象探究物理量間的關系 (1) 利用圖象探究物理量間的關系時，首先確定橫、縱坐標軸對應的物理量及單位 (2) 根據(jù)表中數(shù)據(jù)確定橫、縱坐標軸的標度 (3) 認真描寫各坐標點 (4) 先作個Wv草圖，大致判斷兩個量可能是什么關系. 如果認為可能是Wv2，對于每一個速度值算出它的二次方，然后以W為縱坐標、v2為橫坐標作圖，如果這樣作出來的圖象是一條直線，說明兩者關系真的就是Wv2.第21頁/共61頁 3. 減小誤差的方法類型類型產生原因產生原因減小方法減小方法偶然偶然誤差誤差小車速度的測量誤差小車速度的測量誤差多次測量多次測量s，求平均值，求平均值摩擦力做功摩擦力做功平衡摩擦力適當平衡摩擦力適當系

9、統(tǒng)系統(tǒng)誤差誤差橡皮筋的長度、粗細橡皮筋的長度、粗細不一不一選規(guī)格相同的橡皮筋選規(guī)格相同的橡皮筋第22頁/共61頁 典題演示2(2016河南開封三模)傳感器是一種將非電學量轉換成電信號的檢測裝置它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)某物理課外活動小組利用力傳感器和位移傳感器進一步探究變力作用下的動能定理如圖甲所示，他們用力傳感器通過定滑輪直接拉固定在小車上的細繩，測出拉力F；用位移傳感器測出小車的位移s和瞬時速度已知小車質量為200 g.甲第23頁/共61頁 (1) 某次實驗得出拉力F隨位移s變化規(guī)律如圖乙所示，速度v隨位移s變化規(guī)律如圖丙所示利用所得的Fs圖象，求出s0.30 m到0.52 m過

10、程中力F做功W_J，此過程動能的變化Ek_J(保留兩位有效數(shù)字)乙 丙 0.180.17第24頁/共61頁 (2) 下列情況中可減小實驗誤差的操作是_(填選項前的字母，可能不止一個選項) A. 使拉力F要遠小于小車的重力 B. 實驗時要先平衡摩擦力 C. 要使細繩與滑板表面平行BC第25頁/共61頁第26頁/共61頁 1. 實驗原理的創(chuàng)新 (1) 彈簧彈力對物體做的功為合外力的功 (2) 物體的動能增量由平拋運動規(guī)律計算得出 2. 實驗目的的創(chuàng)新 由物體的平衡條件求解彈簧的勁度系數(shù)實驗的改進與創(chuàng)新實驗的改進與創(chuàng)新第27頁/共61頁第28頁/共61頁 典題演示3(改編)某同學“驗證動能定理”的實

11、驗裝置如圖甲所示水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌；導軌上A點處有一帶遮光片的長方形滑塊，其總質量為M，實驗步驟如下： 甲甲第29頁/共61頁 用游標卡尺測出擋光片的寬度d. 安裝好實驗器材，給氣墊導軌接上氣源，然后讀出拉力傳感器的示數(shù)，記為F，同時從氣墊導軌刻度尺上讀出M與光電門之間的距離L. 用剪刀剪斷細繩，讓滑塊滑向光電門，并記錄M通過光電門的時間t.第30頁/共61頁 多次改變滑塊與光電門之間的位置，每次實驗測量相應的L與t值，結果如下表所示：12345L(m)0.6000.8001.0001.2001.400t(ms)8.227.176.445.855.431/t2(104s2)1.48

12、1.952.412.923.39第31頁/共61頁 試分析下列問題： (1) 用游標卡尺測量遮光片寬度d的測量結果如圖乙所示，則d_ cm.乙乙 1.00第32頁/共61頁FFL第33頁/共61頁能得到的實驗圖象為線性圖象，與理論值相符合丙丙 (5) 本實驗中還可求得滑塊下滑的加速度a_m/s2.1.65 第34頁/共61頁第35頁/共61頁 (4) 所作的圖象如圖所示第36頁/共61頁第37頁/共61頁第38頁/共61頁 1. (2016南京、鹽城、連云港二模)為驗證“拉力做功與物體動能改變的關系”，某同學到實驗室找到下列器材：長木板(一端帶定滑輪)、電磁打點計時器、質量為200 g的小車、

13、質量分別為10 g、30 g和50 g的鉤碼、細線、學生電源(有“直流”和“交流”擋)該同學進行下列操作：第39頁/共61頁 A. 組裝實驗裝置，如圖(a)所示 B. 將質量為200 g的小車拉到打點計時器附近，并按住小車 C. 選用50 g的鉤碼掛在拉線的掛鉤P上 D. 釋放小車，按通打點計時器的電源，打出一條紙帶 E. 在多次重復實驗得到的紙帶中選出一條點跡清晰的紙帶，如圖(b)所示 F. 進行數(shù)據(jù)采集與處理 第40頁/共61頁第41頁/共61頁 請你完成下列問題： (1) 進行實驗時，學生電源選擇用_(填“直流”或“交流”)擋 (2) 該同學將紙帶上打的第一點標為“0”，且認為打“0”時

14、小車的速度為零，其后依次標出計數(shù)點1、2、3、4、5、6(相鄰兩個計數(shù)點間還有四個點未畫)，各計數(shù)點間的時間間隔為0.1 s，如圖(b)所示該同學測量出計數(shù)點0到計數(shù)點3、4、5的距離，并標在圖(b)上則在打計數(shù)點4時，小車的速度大小為_ m/s；如果將鉤碼的重力在數(shù)值上當做小車所受的拉力，則在打計數(shù)點0到4的過程中，拉力對小車做的功為_ J，小車的動能增量為_ J(取重力加速度g9.8 m/s2，結果均保留兩位有效數(shù)字)交流0.585.91023.4102第42頁/共61頁 (3) 由(2)中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該同學并沒有能夠得到“拉力對物體做的功等于物體動能增量”的結論，且對其他的點(如2、3、5

15、點)進行計算的結果與4計數(shù)點相似你認為產生這種實驗結果的主要原因有：(寫出兩條即可) _. _. _.小車質量不滿足遠大于鉤碼質量 沒有平衡摩擦力 沒考慮砝碼動能的增加 第43頁/共61頁第44頁/共61頁 2. (2016安徽合肥二模)某實驗小組要探究力對物體做功與物體獲得速度的關系，選取的實驗裝置如下圖所示 (1) 除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關、刻度尺和_(填“交流”或“直流”)電源. 交流 第45頁/共61頁 (2) 實驗主要步驟如下： . 實驗時，為使小車所受合力等于橡皮筋的拉力，在未連接橡皮筋前將木板的左端用小木塊墊起，使木板傾斜合適的角度，啟動電源，輕推小車，得到的紙

16、帶應該是_(填“甲”或“乙”)乙第46頁/共61頁 . 小車在一條橡皮筋的作用下由靜止彈出，沿木板運動，此過程橡皮筋對小車做的功為W. . 再分別改用完全相同的2條、3條、橡皮筋作用于小車，每次釋放小車時：除由靜止釋放外，還必須_ _ (填寫相應實驗條件)，使得每次每條橡皮筋對小車做的功都為W. . 分析打點計時器打出的紙帶，分別求出小車每次獲得的最大速度v1、v2、v3、.下圖是實驗中打出的一條紙帶，為了測量小車獲得的最大速度，應選用紙帶的_部分進行測量每次從同一位置釋放GK(或HK)第47頁/共61頁 . 作出W-v圖象，則下列符合實際的圖象是_D第48頁/共61頁 (3) 若該小組實驗時

17、遺忘了上述步驟 操作的情況下也完成了整個實驗，那么當小車速度最大時，橡皮筋處于_(填“伸長”或“原長”)狀態(tài)伸長 第49頁/共61頁 【解析】 (1) 除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關、刻度尺和交流電源(2) . 再分別改用完全相同的2條、3條、橡皮筋作用于小車，每次釋放小車時：除由靜止釋放外，還必須每次從同一位置釋放使得每次每條橡皮筋對小車做的功都為W. 應選用紙帶的GK部分進行測量，即勻速運動. 由W與v2成正比，作出W-v圖象，則下列符合實際的圖象是D.(3) 若該小組實驗時遺忘了上述步驟操作的情況下也完成了整個實驗，那么當小車速度最大時，橡皮筋處于伸長狀態(tài)第50頁/共61頁

18、3. (2016山東青島質檢)某實驗小組在實驗室中利用圖甲所示實驗裝置來探究合力做功與物體動能變化的關系實驗步驟如下： 將木板固定在水平桌面上，一端裝上定滑輪，木板上放置一質量M200 g的滑塊，左端與穿過電磁打點計時器的紙帶相連 將左端適當墊高，給滑塊一個初速度，滑塊恰好能做勻速直線運動第51頁/共61頁 滑塊右端通過跨過定滑輪的細線與質量m10 g的鉤碼連接，實驗中用鉤碼的重力代替小車受到的拉力接通電源，釋放鉤碼，滑塊開始運動，打點計時器打出紙帶的一部分如圖乙所示，0、1、5、6為計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有四個點未畫出已知打點計時器使用的交流電源的頻率為50 Hz，當?shù)氐闹亓铀俣萭9.

19、8 m/s2，所有運算結果均保留兩位有效數(shù)字 第52頁/共61頁 (1) 滑塊打點1時的動能為_J，打點5時的動能為_J. (2) 在從點1運動到點5過程中拉力所做的功W_J. (3) 通過計算，發(fā)現(xiàn)拉力所做的功_(填“大于”“小于”或者“等于”)滑塊動能的增加，原因是_.1.51039.81038.6103大于鉤碼的重力大于細線對小車的拉力第53頁/共61頁第54頁/共61頁 4. (2016廣東廣州一模)用如圖甲所示的實驗裝置完成“探究動能定理”實驗請補充完整下列實驗步驟的相關內容：甲 乙 第55頁/共61頁 (1) 用天平測量小車和遮光片的總質量M、砝碼盤的質量m0；用游標卡尺測量遮光片

20、的寬度d，游標卡尺的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為_cm；按圖甲所示安裝好實驗裝置，用米尺測量兩光電門之間的距離s. (2) 在砝碼盤中放入適量砝碼；適當調節(jié)長木板的傾角，直到輕推小車，遮光片先后經(jīng)過光電門A和光電門B的時間相等 (3) 取下細繩和砝碼盤，記下_(填寫相應物理量及其符號) (4) 讓小車從靠近滑輪處由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計分別測出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時間t1和t2.0.520(0.515、0.525也可) 砝碼盤中砝碼的質量m 第56頁/共61頁 (5) 步驟(4)中，小車從光電門A下滑至光電門B過程合外力做的總功W合_，小車動能變化量Ek_ (用上述步驟中的物理量表示，重力加速度為g)，比較W合和Ek的值，找出兩者之間的關系 (6) 重新掛上細線和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼質量，重復(2)(5)步驟(mm0)gs第57頁/共61頁 (7) 本實驗中，以下操作或要求中為了減小實驗誤差的是_ A. 盡量減小兩光電門間的距離s B. 調整滑輪，使細線與長木板平行 C. 使砝碼和砝碼盤的總質量遠小于小車的質量B 第58頁/共61頁第59頁/共61頁放映結束，謝謝觀看！放映結束，謝謝觀看！第60頁/共61頁感謝您的觀看！第61頁/共61頁