1、第5单元 实 验 一、实验目的1通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系2通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比关系(一)探究动能定理 二、实验原理1不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功 W、2W、3W.2由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据3以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，作出 Wv 曲线，分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系三、实验器材小车(前面带小钩)、100 g200 g 砝码、长木板，两侧适当的对称位置钉两
2、个铁钉、打点计时器及纸带、学生电源及导线(使用电火花计时器不用学生电源)、56 条等长的橡皮筋、刻度尺四、实验步骤1按如图所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力2先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度 v1，设此时橡皮筋对小车做的功为 W1，将这一组数据记入表格3用 2 条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这样橡皮筋对小车做的功为 W2，测出小车获得的速度 v2，将数据记入表格4用 3 条、4 条橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格五、数据处理1测量小车的速度：实验获得如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车
3、的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量是(用字母表示)：A1、A2 间的距离 x，小车速度的表达式是(用测量的物理量表示)vxT(T 为打点计时器的时间间隔)2实验数据记录橡皮筋条数位移x/m时间t/s速度v/(ms1)速度平方v2/(m2s2)3.实验数据处理及分析：在坐标纸上画出 Wv 和 Wv2 图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位)4实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系 Wv2.六、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
4、，测量不准带来误差七、注意事项1平衡摩擦力很关键，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橡皮筋应选规格一样的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4小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些八、实验改进本实验中物体运动的速度可以使用速度传感器直接采集，比用打点计时器方便快捷且误差较小；实验情景也可加以改进，如研究物体以不同的初速度沿粗糙水平面滑动的距离，得出物体的初动能大小与克服摩擦力做功的
5、情况，这时必须保证物体与水平面上各处的动摩擦因数相同某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验如图(甲)，图(甲)中小车是在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时，橡皮筋对小车做的功记为 W.当用 2 条、3 条完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2 次、第 3 次实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出类型一 对实验原理的理解 (1)除了图(甲)中己有的实验器材外，还需要导线、开关、铁钉、刻度尺和_电源(填“交流”或“直流”)；(2)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力，则下面操作正确的是_A放开小
6、车，能够自由下滑即可B放开小车，能够匀速下滑即可C放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可D放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可(3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是_A橡皮筋处于原长状态B橡皮筋仍处于伸长状态C小车在两个铁钉的连线处D小车已过两个铁钉的连线(4)在正确操作情况下，打在纸带上的点，并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的_部分进行测量(根据图乙)所示的纸带回答)解析：(3)因为木板水平放置，故摩擦力没有被平衡掉，当小车速度最大时，F 弹Ff，故橡皮筋仍有弹力，处于伸长状态(4)求速度应按
7、纸带中小车匀速运动时所打点的部分来求答案：(1)交流(2)D(3)B(4)GK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类型二 实验数据的处理 (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
8、通过 A、B 时的速度在小车中增加砝码，或_，重复的操作(2)下表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，|v22v21|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)(3)根据下表，请在如图所示的方格纸上作出 EW 图线.次数M/kg|vv|/(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.202.
9、4201.2151.0002.841.422.8601.43解析：(1)在实验过程中拉力对小车和传感器做功使小车和传感器的动能增加，所以需要测量小车和传感器的总质量；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 AB 长用 WFL 可计算拉力做的功答案：(1)小车 释放小车 改变钩码数量(2)0.600 0.610(3)如图所示某兴趣小组在做“探究做功和物体速度变化关系”的实验前，提出以下几种猜想：Wv，Wv2，W v，.他们的实验装置如图(a)所示，PQ 为一块倾斜放置的木板，在 Q 处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过 Q 点的速度)在刚
10、开始实验时，有位同学提出，不需要测出物体质量，只要测出物体从初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的示数就行了，大家经过讨论采纳了该同学的建议(1)本实验中不需要测量物体质量的理由是什么？(2)让物体分别从不同高度无初速释放，测出物体从初始位置到速度传感器的距离 L1、L2、L3、L4，读出物体每次通过速度传感器 Q 的速度 v1、v2、v3、v4、，并绘制了如图(b)所示的 Lv 图象根据绘制出的 Lv 图象，若为了更直观地看出 L 和 v 的变化关系，他们下一步应该作出()ALv2 图象 BL v图象CL1v图象DL 1v图象(3)本实验中，木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果？解析：(1)因为 WEk，而 Wmg(sin cos)L，Ek12mv2，等式两边都有 m，所以探究 W 与 v 的关系可以不用测量质量 m.(2)由于题图(b)是关于“Lv”的图象，该图象为曲线，不便于直观地看出 L 和 v 的变化关系，所以，下一步应作出“Lv2”的图象，应选 A.(3)在实验中，由于物体在斜面上运动时，所受的合力是确定的，即 F 合mg(sin cos)；所以摩擦力的大小不会影响 L 和 v 的关系答案：(1)见解析(2)A(3)不会
