1、实验五探究动能变化跟做功的关系误差分析1误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比。2没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。3利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差。注意事项1平衡摩擦力：将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角。2选点测速：测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动状态的。3规格相同：橡皮筋规格相同时，力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值。热点一实验原
2、理及数据处理【例1】如图1所示是某研究性学习小组的同学做探究“橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形。这时，橡皮筋对小车做功记为W。当用2条、3条、n条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第n次实验时，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放。小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出，图2甲为某次实验中打出的纸带。图1(1)除了图中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材有_。(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是_。(3)每次实验得到的纸带上的点分布并不都是均匀的，为了测量小车最终获得的末速度，应选用纸带的_
3、部分进行测量。(4)下面是本实验的数据记录及数据处理表。橡皮筋做的功Wn(J)10个间隔均匀的点的距离s(m)10个间隔均匀的点的时间T(s)小车获得的末速度vn(m/s)小车获得的末速度的平方v(m2/s2)1W1W0.2000.21.001.002W12W0.2820.21.411.993W33W0.3000.21.502.254W44W0.4000.22.004.005W55W0.4580.22.245.02从理论上讲，橡皮筋做的功Wn与物体获得的速度vn之间的关系是Wn_，请你运用表中的数据在如图乙学生用书第93页所示的坐标系中作出相应的图像，以验证理论的正确性。图2解析(1)要计算某
4、点速度的大小，必须要测量纸带上计数点间的距离，除了题图中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材是刻度尺。(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是把放打点计时器一端的木板垫起适当的高度以平衡摩擦力。(3)小车最终做匀速运动，因此应选用相邻两计数点间隔相等的部分。(4)根据动能定理可知，从理论上讲，橡皮筋做的功Wn与物体获得的速度vn之间的关系是Wnv；以Wn为纵坐标，以v为横坐标，用描点作图法作图，图像是过原点的直线，说明Wnv。答案(1)刻度尺(2)把木板的左端垫起适当的高度以平衡摩擦力(3)每相邻两点之间距离相等(或点分布均匀)(4)v图像如图所示【变式训练】1“探究功与速
5、度变化的关系”的实验装置如图3所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W；当用2条、3条、4条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W、3W、4W每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出。图3(1)关于该实验，下列说法正确的是_。A打点计时器可以用干电池供电B实验仪器安装时，可以不平衡摩擦力C每次实验小车必须从同一位置由静止弹出D利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次作出Wvm、Wv、Wv，W2vm、W3vm的图像，得出合力做功与物体速度变化的关系。(2)如图4所示，给出了某次实验打出的纸带，从中截
6、取了测量小车最大速度所用的一段纸带，测得A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为AB1.48 cm，BC1.60 cm，CD1.62 cm，DE1.62 cm；已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s，则小车获得的最大速度vm_m/s。(结果保留两位有效数字)图4解析(1)打点计时器必须用交流电，A项错误；实验仪器安装时，必须平衡摩擦力，B项错误；每次实验小车必须从同一位置由静止弹出，C项正确；根据所得数据分别作出橡皮筋所做的功W与小车获得的最大速度或小车获得的最大速度的平方、立方等图像，找出合力做的功与物体速度变化的关系，D项正确。(2)小车获得的最大速度v m/s0.81 m/s。答案(1)
7、CD(2)0.81热点二拓展创新实验预测高考命题视角视角1实验器材的改进，使用拉力传感器和速度传感器如图5所示，将拉力传感器固定在小车上，平衡小车的摩擦力，拉力传感器可以记录小车受到的拉力大小，在水平桌面上相距一定距离s的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车通过A、B时的速度大小，改变钩码的数量，分别得到对应拉力的功W和v2(即vv)，也可验证得到Wv2的结论。图5视角2实验方案的改进(1)利用自由落体运动探究功和动能的关系。(2)研究小车以不同的初速度沿粗糙水平面滑动的距离，得出小车的初动能大小与克服摩擦力做功的情况，也可探究动能定理。这时必须保证小车与水平面上各处之间的动摩擦因数相
8、同。【例2】某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”。如图6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两点时的速度大小，小车中可以放置砝码。图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，_，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。在小车中增加砝码或减少砝码，重复的操作。(2)下列表格是他们测得的一组数
9、据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|vv|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量E，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E3_，W3_。(结果保留三位有效数字)数据记录表次数M/kg|vv|/(m2s2)E/JF/NW/J10.5000.760.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.2002.4201.21051.0002.841.4202.8601.430(3)根据表格，请在图中的方格纸上作出EW图线。解析(1)在实验过程中拉力对小车和拉力传感器
10、做功使小车和拉力传感器的动能增加，所以需要测量小车和拉力传感器的总质量；通过控制变量法只改变小车的质量或只改变拉力大小得出不同的数据；(2)通过拉力传感器的示数和A、B间距用WFL可计算拉力做的功；(3)利用图像法处理数据，由动能定理WMvMv，可知W与E成正比，作图可用描点法，图线如图所示。答案(1)小车释放小车(2)0.600 J0.610 J(3)见解析图【变式训练】2如图7所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：图7(1)为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据
11、打出的纸带判断小车是否做_运动。(2)连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图8所示的纸带。纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1 s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G.实验时小车所受拉力为0.2 N，小车的质量为0.2 kg。图8请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化Ek。补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)。OBOCODOEOFW/J0.043 20.057 20.073 40.091 5Ek/J0.043 00.057 00.073 40.090 7分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内WEk，与理论推导结果一致。(3)实验前已测得托盘质量为7.7103kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为_kg(g取9.8 m/s2，结果保留至小数点后第三位)。解析(1)若已平衡摩擦力，则小车在木板上做匀速直线运动。(2)从纸带上的O点到F点，WF0.20.557 5 J0.111 5 J，打F点时速度vFm/s1.051 m/s，EkMv0.21.0512J0.110 5 J(3)打B点时小车的速度为vB m/s0.655 5 m/s，所以小车的加速度am/s20.99 m/s2。小车所受的拉力F(m0m)(ga)，所以盘中砝码的质量mm0kg0.015 kg。答案(1)匀速直线(或匀速)(2)0.111 50.110 5(3)0.015
