验证动能定理实验
验证动能定理实验
1、实验原理：沙桶和沙子的重力视为小车受到的合外力；合外力对小车做的功：mgS车
小车动能的改变量：验证合外力做的功是不是等于小车动能的改变量2.、需要测量的物理量：沙和沙桶的质量；车的质量；算车的速度和位移；
3、要注意的问题：怎么平衡摩擦力？有两个不一样的质量在里面，所以不能抵消掉。
怎么去处理纸带上面的点。
4、实验示意图如图：
例题1．某探究学习小组的同学欲验证动能定理，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态．
(1)你认为还需要的实验器材有____________．
(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质
量应满足的实验条件是__________________________，实验时首先要做的步骤是
________________．
(3)在(2)的基础上，某同学用天平称量滑块的质量为M.往沙桶中装入适量的细沙，用
天平称出此时沙和沙桶的总质量为m.让沙桶带动滑块加速运动．用打点计时器记录
其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的
速度大小v1与v2(v1＜v2)．则本实验最终要验证的数学表达式为______________．(用
题中的字母表示实验中测量得到的物理量)
2
1
2
2
Mv
2
1
Mv
2
1
例2．某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：
①安装好实验装置如图所示．
②将质量为200 g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车．
③在质量为10 g、30 g、50 g的三种钩码中，他挑选了一个质量为50 g的钩码挂在拉线的挂钩P上．
④释放小车，打开电磁打点计时器的电源，打出一条纸带．
(1)在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条．经测量、计算，得到如下数据：
①第一个点到第N个点的距离为40.0 cm.
②打下第N点时小车的速度大小为1.00 m/s.该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力，算出：拉力对小车做的功为________ J，小车动能的增量为________ J.
(2)此次实验探究结果，他没能得到“恒力对物体做的功，等于物体动能的增量”，且误差很大．显然，在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素．请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下，造成较大误差的主要原因是______________________
例3、某同学用如图11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，不汁绳与滑轮的摩擦。
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。
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O点，顺次选取5个点，分别测量这5个点到O之间的距离S，并计算出它们与O点之间的速度平方差△2v。
v），填人下表：
（△2v=2v-2
（1）请以△2v为纵坐标，以s为横坐标在答题卷的方格纸中作出△2v一s图象．
（2）若测出小车质量为0．4kg，结合图象可求得小车所受合外力的大小为 N（保留一位有效数值）
（3）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。
例4、某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：
①按图（a）摆好实验装置，其中小车质量M=0．20kg，钩码总质量m=0．05kg．
②释放小车，然后接通打点计时器的电源（电源频率为f=50Hz），打出一条纸带．
（1）他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，如图（b ）所示．把打下的第一点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为m d m d m d 167.0055.00041.0321===，，，
4560.256,0.360,0.480d m d m d m ===…，他把钩码重力（当地重力加速度g=9．8m ／s 2）作为
小车所受合力算出打下0点到打下第5点合力做功W= J （结果保留三位有效数字），把打下第5点时小车动能作为小车动能的改变量，算得E k = ．（结果保留三位有效数字）
（2）此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功，等于物体动能的增量”，且误差很大。
通过反思，他认为产生误差的原因如下，其中正确的是 ． A ．钩码质量太大，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多 B ．没有平衡摩擦力，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多 C ．释放小车和接通电源的次序有误，使得动能增量的测量值比真实值偏小 D ．没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因
例5、某探究学习小组欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置：水平轨道上安装两个光电门，小车上固定有力传感器和挡光板，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上砝码
盘。
实验时，保持轨道水平，通过调整砝码盘里砝码的质量让小车做匀速运动，实现平衡摩擦力。
（1）该实验是否需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量?
(填“是”或“否”)
（2）实验需要用游标卡尺测量挡光板的宽度l，如图所示，l=
mm。
（3）实验获得以下测量数据:小车、力传感器和挡光板的总质量M，平衡摩擦力时砝码和砝码盘的总质量m0，挡光板的宽度l，光电门1和光电门2的中心距离x；某次实验过程中力传感器的读数为F，小车通过光电门1和光电门2的挡光时间分别为t1、t2。
小车通过光电门2后砝码盘才落地。
该实验需验证的表达式是。
（4）若利用该实验装置验证“牛顿第二定律”。
控制小车的质量不变，通过改变砝码盘里砝码的质量重复实验，探究合外力和加速度的关系。
下列图象用力传感器的示数F为横坐标，可以表示该实验结果的是。
（5）若用该实验装置，通过多次改变小车的质量，探究质量和加速度的关系，以下说法正确的是。
A．需要控制力传感器的读数F不变
B．需要控制砝码盘和砝码的总质量不变
C．需要控制小车所受的合外力不变，因此需要改变砝码盘和砝码的总质量，力传感器的读数F也会发生改变
D．以上说法都不对
例6、某实验小组采用图所示的装置探究“动能定理”，图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点针时器工作频率为50 Hz．
（1）实验的部分步骤如下：
①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；
②将小车停在打点计时器附近，，，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点，；
③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作。
（2）图是钩码质量为0.03 kg，砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点0及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到0的距离5及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表1中的相应位置．
（3）在上车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统，做正功，
做负功．
（4）实验小组根据实验数据绘出了图中的图线（其中Δv2=v2-v20）,根据图线可获得的结论
是．要验证“动能定理”，还需要测量的物理量是．
表1纸带的测量结果
测量点S/cm r/(m·s-
1)
00.000.35
A 1.510.40
B 3.200.45
C
D7.150.54
E9.410.60。