實(shí)驗(yàn)五　探究動(dòng)能定理一、基本實(shí)驗(yàn)要求1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄抗εc物體速度變化的關(guān)系．2．實(shí)驗(yàn)原理（1）一根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離s——做功為W（2）兩根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離s——做功應(yīng)為2W（3）三根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離s——做功應(yīng)為3W（4）利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器求出小車離開(kāi)橡皮筋的速度，列表、作圖，由圖象可以確定功與速度變化的關(guān)系．3．實(shí)驗(yàn)器材橡皮筋、小車、木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、鐵釘?shù)龋?．實(shí)驗(yàn)步驟（1）墊高木板的一端，平衡摩擦力．（2）拉伸的橡皮筋對(duì)小車做功：①用一條橡皮筋拉小車——做功W ②用兩條橡皮筋拉小車——做功2W③用三條橡皮筋拉小車——做功3W（3）測(cè)出每次做功后小車獲得的速度．（4）分別用各次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的v和W繪制W－v或W－v2、W－v3、……圖象，直到明確得出W和v的關(guān)系．5．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：物體速度v與外力做功W間的關(guān)系W＝mv2二、規(guī)律方法總結(jié)1．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)（1）將木板一端墊高，使小車的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(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做勻速運(yùn)動(dòng)，找到長(zhǎng)木板的一個(gè)合適的傾角．（2）測(cè)小車速度時(shí)，應(yīng)選紙帶上的點(diǎn)均勻的部分，也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)的部分．（3）橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的．力對(duì)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）小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些．2．實(shí)驗(yàn)探究的技巧與方法（1）不直接計(jì)算W和v的數(shù)值，而只是看第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)中的W和v是第1次的多少倍，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理．（2）做W－v圖象，或W－v2、W－v3圖象，直到作出的圖象是一條傾斜的直線．典例精析考點(diǎn)一　實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作例1、用如圖所示的裝置做“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（　?。?A．為了平衡摩擦力，實(shí)驗(yàn)中可以將長(zhǎng)木板的左端適當(dāng)墊高，使小車?yán)┻^(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶自由下滑時(shí)能保持勻速運(yùn)動(dòng)B．每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的規(guī)格要相同，拉伸的長(zhǎng)度要一樣C．可以通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)來(lái)改變拉力做功的數(shù)值D．可以通過(guò)改變小車的質(zhì)量來(lái)改變拉力做功的數(shù)值E．實(shí)驗(yàn)中要先釋放小車再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源F．通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的最大速度G．通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的平均速度例2、某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)器材做“探究動(dòng)能定理”實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中，該小組同學(xué)把砂和砂桶的總重力當(dāng)作小車受到的合外力．（1）（多選）為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差盡量小，在實(shí)驗(yàn)操作中，下面做法必要的是______．A．實(shí)驗(yàn)前要對(duì)裝置進(jìn)行平衡摩擦力的操作B．實(shí)驗(yàn)操作時(shí)要先放小車，后接通電源C．在利用紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，所選的兩個(gè)研究點(diǎn)離得越近越好D．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要保證砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量（2）除實(shí)驗(yàn)裝置中的儀器外，還需要的測(cè)量?jī)x器有______________________________． （3）如圖所示為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶，現(xiàn)選取紙帶中的A、B兩點(diǎn)來(lái)探究“動(dòng)能定理”．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T，重力加速度為g．圖中已經(jīng)標(biāo)明了要測(cè)量的物理量，另外，小車的質(zhì)量為M，砂和砂桶的總質(zhì)量為m．請(qǐng)你把要探究的結(jié)果用題中給出的字母表達(dá)出來(lái)________．例3、某同學(xué)把附有滑輪的長(zhǎng)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(guò)定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，以此定量探究繩拉力做功與小車動(dòng)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)器材還有哪些________．（2）實(shí)驗(yàn)開(kāi)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．他這樣做的目的是下列的哪個(gè)________（填字母代號(hào)）．A．避免小車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生抖動(dòng)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(dòng)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(dòng)過(guò)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(qǐng)你利用本實(shí)驗(yàn)的器材提出一個(gè)解決辦法：______________________.（4）（多選）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(dòng)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(hào)）．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(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力考點(diǎn)二　數(shù)據(jù)處理與誤差分析例4、某實(shí)驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器來(lái)探究動(dòng)能定理．如圖所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將其通過(guò)一個(gè)定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大?。谒阶烂嫔舷嗑?0.0cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器，記錄小車通過(guò)A、B時(shí)的速度大?。≤囍锌梢苑胖庙来a．（1）實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：①測(cè)量________和拉力傳感器的總質(zhì)量M1；把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過(guò)定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需裝置．②將小車停在C點(diǎn)，接通電源，________，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄細(xì)線拉力及小車通過(guò)A、B時(shí)的速度．③在小車中增加砝碼，或____________，重復(fù)②的操作．（2）如表所示是他們測(cè)得的一組數(shù)據(jù)，其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，|v－v|是兩個(gè)速度傳感器所記錄速度的平方差，可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量ΔEk，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力，W是F在A、B間所做的功．表格中的ΔEk3＝________J，W3＝________J．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）數(shù)據(jù)記錄表次數(shù)M/kg|v－v|/（m/s）2ΔEk/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.6500.4130.8400.42030.5002.400ΔEk31.220W3 41.0002.4001.2002.4201.21051.0002.8401.4202.8601.430（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖中作出ΔEk－W圖線．例5、某同學(xué)利用如圖所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系．①小物塊在1條橡皮筋的作用下彈出，沿水平桌面滑行，之后平拋落至水平地面上，落點(diǎn)記為M1；②在釘子上分別套上2條、3條、4條……同樣的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都保持一致，重復(fù)步驟①，小物塊落點(diǎn)分別記為M2、M3、M4……；③測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理．（1）為求出小物塊拋出時(shí)的動(dòng)能，需要測(cè)量下列物理量中的________（填正確答案標(biāo)號(hào)）．A．小物塊的質(zhì)量mB．橡皮筋的原長(zhǎng)xC．橡皮筋的伸長(zhǎng)量ΔxD．桌面到地面的高度hE．小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離L （2）將幾次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小物塊做的功分別記為W1、W2、W3、……，小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離分別記為L(zhǎng)1、L2、L3、……．若功與速度的二次方成正比，則應(yīng)以W為縱坐標(biāo)、____________為橫坐標(biāo)作圖，才能得到一條直線．（3）由于小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略，則由此引起的誤差屬于________（選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”）．考點(diǎn)三　實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新例6、某學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的裝置探究動(dòng)能定理．（1）將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平，安裝好實(shí)驗(yàn)器材，從圖中讀出兩光電門中心之間的距離x＝________cm；（2）測(cè)量擋光條的寬度d，記錄擋光條通過(guò)光電門1和2所用的時(shí)間Δt1和Δt2，并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力F，為了完成實(shí)驗(yàn)，還需要直接測(cè)量的一個(gè)物理量是________；（3）該實(shí)驗(yàn)是否需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量？________（填“是”或“否”）．例7、某興趣小組準(zhǔn)備探究“合外力做功和物體速度變化的關(guān)系”，實(shí)驗(yàn)前組員們提出了以下幾種猜想：①W∝v；②W∝v2；③W∝．為了驗(yàn)證猜想，他們?cè)O(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置．PQ為一塊傾斜放置的木板，在Q處固定一個(gè)速度傳感器（用來(lái)測(cè)量物體每次通過(guò)Q點(diǎn)的速度）．在剛開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，小剛同學(xué)提出“不需要測(cè)出物體的質(zhì)量，只要測(cè)出物體初始位置到速度傳感器的距離L和讀出速度傳感器的讀數(shù)v就行了”，大家經(jīng)過(guò)討論采納了小剛的建議． （1）請(qǐng)你說(shuō)明小剛建議的理由：______________________________________________；（2）讓物體分別從不同高度無(wú)初速度釋放，測(cè)出物體初始位置到速度傳感器的距離L1、L2、L3、L4、……，讀出物體每次通過(guò)Q點(diǎn)的速度v1、v2、v3、v4、……，并繪制了如圖乙所示的L－v圖象．若為了更直觀地看出L和v的變化關(guān)系，他們下一步應(yīng)該作出_________；A．L－v2圖象B．L－圖象C．L－圖象D．L－圖象（3）實(shí)驗(yàn)中，木板與物體間摩擦力________（“會(huì)”或“不會(huì)”）影響探究的結(jié)果．例8、為了“探究動(dòng)能改變與合外力做功”的關(guān)系，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：第一步：把帶有定滑輪的木板有滑輪的一端墊起，把質(zhì)量為M的滑塊通過(guò)細(xì)繩與質(zhì)量為m的帶夾重錘跨過(guò)定滑輪相連，重錘后連一穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，調(diào)整木板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板向下勻速運(yùn)動(dòng)，如圖甲所示．第二步：保持長(zhǎng)木板的傾角不變，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在長(zhǎng)木板靠近滑輪處，取下細(xì)繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，然后接通電源，釋放滑塊，使之從靜止開(kāi)始向下加速運(yùn)動(dòng)，打出紙帶，如圖乙所示．打出的紙帶如圖丙所示．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（1）已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為Δt，根據(jù)紙帶求滑塊運(yùn)動(dòng)的速度，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)滑塊運(yùn)動(dòng)的速度vB＝________．（2）已知重錘質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，要測(cè)出某一過(guò)程合外力對(duì)滑塊做的功還必須測(cè)出這一過(guò)程滑塊______（寫出物理名稱及符號(hào)，只寫一個(gè)物理量），合外力對(duì)滑塊做功的表達(dá)式W合＝________． （3）算出滑塊運(yùn)動(dòng)OA、OB、OC、OD、OE段合外力對(duì)滑塊所做的功W以及在A、B、C、D、E各點(diǎn)的速度v，以v2為縱軸、W為橫軸建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)作出v2－W圖象，可知該圖象是一條________，根據(jù)圖象還可求得________．【能力展示】1．探究力對(duì)原來(lái)靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，實(shí)驗(yàn)主要過(guò)程如下：（1）設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、3W、…；（2）分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，求出小車的速度v1、v2、v3、…；（3）作出W－v草圖；（4）分析W－v圖象．如果W－v圖象是一條直線，表明W∝v；如果不是直線，可考慮是否存在W∝v2、W∝v3、W∝等關(guān)系．以下關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中有一項(xiàng)不正確，它是________．A．本實(shí)驗(yàn)設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、3W、….所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實(shí)驗(yàn)中使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保持一致．當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功為W，用2條、3條、…橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、…實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功分別是2W、3W、… B．小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力，補(bǔ)償?shù)姆椒梢允鼓景暹m當(dāng)傾斜C．某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，得到一條記錄紙帶．紙帶上打出的點(diǎn)，兩端密、中間疏．出現(xiàn)這種情況的原因，可能是沒(méi)有使木板傾斜或傾角太小D．根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn)，求小車獲得的速度的方法，是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的距離來(lái)進(jìn)行計(jì)算2．在追尋科學(xué)家研究足跡的過(guò)程中，某同學(xué)為探究恒力做功和物體動(dòng)能變化間的關(guān)系，采用了如圖所示的“探究物體加速度與物體質(zhì)量、受力之間關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置．（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)想用鉤碼的重力表示滑塊受到的合力，為了減小這種做法帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差，你認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該采取的兩項(xiàng)措施是____________和__________________．（2）如圖所示是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是連續(xù)的六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離已在圖中標(biāo)出，測(cè)出滑塊的質(zhì)量為M，鉤碼的總質(zhì)量為m．從打B點(diǎn)到打E點(diǎn)的過(guò)程中，為達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，該同學(xué)應(yīng)該尋找______________和______________之間的數(shù)值關(guān)系（用題中和圖中的物理量符號(hào)表示）實(shí)驗(yàn)五　探究動(dòng)能定理答案例1、ABCF例2、（1）AD　（2）刻度尺、天平　（3）mgx＝例3、（1）刻度尺、天平（包括砝碼）（2）D（3）可在小車上加適量砝碼（或鉤碼）（4）CD例4、（1）①小車?、谌缓筢尫判≤嚒、蹨p少砝碼（2）0.600　0.610?。?）如圖所示 例5、（1）ADE　（2）L2?。?）系統(tǒng)誤差例6、（1）50.00?。?）滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量　（3）否例7、（1）根據(jù)動(dòng)能定理列出方程式，可以簡(jiǎn)化約去質(zhì)量m?。?）A?。?）不會(huì)例8、（1）?。?）下滑的位移x　mgx?。?）過(guò)原點(diǎn)的直線　滑塊的質(zhì)量M【能力展示】1．D2．（1）保證鉤碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量　平衡摩擦力（2）mg（Δx2＋Δx3＋Δx4）M（）2－M（）2