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第五章 机械能
第五讲 实验：探究动能定理
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幻灯片 3一、实验目的
1．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．
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幻灯片 4二、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．
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幻灯片 5三、实验器材
小车(前面带小钩)、100 g～200 g砝码、长木板，两侧适当的对称位置钉两个铁钉、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)、5～6条等长的橡皮筋、刻度尺．
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幻灯片 6四、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．
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幻灯片 72．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．Zx x k
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．
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幻灯片 92．实验数据记录
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幻灯片 103.实验数据处理及分析
①观察法：当橡皮筋的条数成倍增加，即合外力做的功成倍增加时，观察小车的速度或速度的平方如何变化，有何变化规律．
②图象法：在坐标纸上(如图)画出Wv或Wv2图线(“W”以一根象皮筋做的功为单位)．
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4．实验结论：从图象可知做功与物体速度变化的关系为W∝v2.
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幻灯片 12六、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．
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七、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．Zx x k
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．
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幻灯片 15 “探究动能定理”的实验装置如图1所示，当小车在两条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W0.当用4条、6条、8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2W0、3W0、4W0…，每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点计时器所打的纸带测出．
实验原理及操作
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幻灯片 16图1
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(1)关于该实验，下列说法正确的是
A．打点计时器可以用直流电源供电，电压为4～6 V
B．实验中使用的若干根橡皮筋的原长可以不相等
C．每次实验中应使小车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…的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系
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幻灯片 18(2)图2给出了某次在正确操作情况下打出的纸带，从中截取了测量物体最大速度所用的一段纸带，测得O点到A、B、C、D、E各点的距离分别为OA＝5.65 cm，OB＝7.12 cm，OC＝8.78 cm，OD＝10.40 cm，OE＝11.91 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.
图2
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幻灯片 19答案：(1)CD (2)0.82
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幻灯片 20 某同学用如图甲所示的实验装置探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系．图中A为小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B的限位孔，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上，C为弹簧测力计，不计绳与滑轮的摩擦．实验时，先接通电源再松开小车．打点计时器在纸带上打下一系列点．Z xx k
实验数据处理及误差分析
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幻灯片 21甲
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幻灯片 22 (1)该同学在一条比较理想的纸带上，从点迹清楚的某点开始记为0点，顺次选取5个点，分别测量这5个点到0之间的距离，并计算出它们与0点之间的速度平方差Δv2(Δv2＝v2－v)，填入下表：
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幻灯片 23请以Δv2为纵坐标，以x为横坐标在图乙方格纸中作出Δv2x图象．若测出小车质量为0.2 kg，结合图象可求得小车所受的合外力的大小为________N.
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幻灯片 24(2)若该同学通过计算发现小车所受合外力小于测力计读数，明显超出实验误差的正常范围．你认为主要原因是___________________________________________________，
实验操作中改进的措施是____________________．
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幻灯片 25解析：(1)根据表中数据在Δv2x坐标系中描点，然后用直线连接各点，如图所示．
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幻灯片 27(2)测力计测的是细绳的拉力，小车还受到水平向左的摩擦力，因此小车受的合力小于测力计的读数．在木板左端垫上一个小木块，使左端稍微高一点，以平衡摩擦力．
答案：(1)图象见解析 0.25
(2)小车滑行时所受摩擦阻力较大 使木板倾斜一定的角度以平衡摩擦力Zx x k
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幻灯片 28 在追寻科学家研究足迹的过程中，某同学为探究恒力做功和物体动能变化间的关系，采用了如图甲所示的“探究物体加速度与物体质量、受力之间关系”的实验装置．
实验创新设计
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幻灯片 30(1)实验时，该同学想用钩码的重力表示滑块受到的合力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为在实验中应该采取的两项措施是________和________．
(2)如图乙所示是实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是连续的六个计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，相邻计数点间距离已在图中标出，测出滑块的质量为M，钩码的总质量为m.从打B点到打E点的过程中，为达到实验目的，该同学应该寻找________和________之间的数值关系(用题中和图中的物理量符号表示)．
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谢谢观看！
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