实验五 探究动能定理
(对应学生用书第104～107页)
命题点一 常规实验
【典例1】(2019·宁夏银川一中月考)探究外力做功与物体动能变化关系的实验装置如图(甲)所示,根据实验中力传感器读数和纸带的测量数据等可分别求得外力对小车做的功和小车动能的变化.
(1)关于该实验,下列说法中正确的有 .
A.调整滑轮高度,使连接小车的细线与木板平行
B.实验中要始终满足钩码的质量远小于小车的质量
C.若纸带上打出的是短线,可能是打点计时器输入电压过高造成的
D.平衡摩擦力时,调整垫块的高度,改变钩码质量,使小车能在木板上做匀速运动
(2)除了图(甲)中注明的器材外,实验中还需要交流电源、导线、刻度尺和 .
(3)某次实验中打出了一条纸带,其中一部分如图(乙)所示:
若各个打出的点是连续的计时点,A,B,D,E,F各点与O点间的距离如图,设小车质量为m,打点周期为T,本次实验过程中力传感器的读数为F.则A到E过程外力做功W= ,小车动能变化ΔEk= ;在不同次实验中测得多组外力做功Wi和对应的动能变化ΔEki的数据,作出W-ΔEk图像如图(丙)所示,图线斜率约等于1,由此得出的结论是 .
解析:(1)实验中应使得连接小车的细线与木板平行,A正确;由于本实验中绳子的拉力可以通过力传感器读出,所以不需要始终满足钩码的质量远小于小车的质量,B错误;若纸带上打出的不是点,而是短线,可能是因为振针过低,也可能是所加电压过高,使振幅过大,二者导致与纸带接触的时间过长,C正确;在平衡摩擦力时,在小车不悬挂钩码的情况下,调整垫块的高度,使得小车能在木板上做匀速直线运动即可,D错误;(2)因为要计算小车的动能,所以还需要测量小车的质量,故需要天平;(3)外力做功W=Fs=F(s4-s1),根据匀变速直线运动推论可知vA= ,vE==,故动能变化量为ΔEk= m-m=,图线斜率约等于1,则=1,可得外力对物体做的功等于物体动能的增量.
答案:(1)AC (2)天平
(3)F(s4-s1) 外力对物体做的功等于物体动能的增量
误区警示
该实验虽然利用“验证牛顿第二定律”的实验装置来“验证动能定理”,但当对小车的拉力能够确定时就不必把钩码质量远小于小车质量作为减小实验误差的条件.
【典例2】(2018·安徽省合肥市高三第三次质检)为了探究力对初速度为零的物体做功与物体获得速度的关系,某实验小组采用如图(甲)所示的装置进行实验.
(1)实验小组按正确的操作,将木板一端倾斜来平衡摩擦力,打出三条纸带,其中符合实验要求的是(选填纸带的字母编号) .
1.平衡摩擦力.由于我们用绳的拉力确定对小车做的功,因此应设法排除其他力的影响,实际操作中是采用把木板的一端垫高,用小车重力的分力和阻力平衡的方法来消除阻力的影响.
2.尽量减小小车的加速度.因为砝码和小盘拉着小车加速运动时,砝码和小盘处于失重状态,小车受到的拉力小于砝码和小盘的总重力.为减小这一系统误差,应使小车的加速度尽量小,也就是实验中必须满足砝码和小盘的总质量远小于小车的质量.
●误差分析
1.实验中我们把拉力对小车做的功与砝码和小盘总重力所做的功认为是一样的,但实际上二者并不相同,这是因为砝码和小盘的总重力与绳的拉力是不一样的.
2.在m ?M时,细绳的拉力近似等于砝码和小盘的总重力;m越大,误差越大.因此实验中应使小车的质量远大于砝码和小盘的总质量.
