实验五 探究动能定理
一、实验目的
探究外力对物体做功与物体 的关系,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.
实验方案一 探究恒力做功与速度变化
1.实验原理
重物通过滑轮牵引小车,当小车的质量比重物的质量大得多且摩擦力忽略不计时,可以把重物所受的 当作小车受到的牵引力.如图S5-1所示.
图S5-1
改变重物的质量或者改变小车运动的 ,也就改变了牵引力做的功,从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系.
2.实验器材
小车、一端带滑轮的长木板、砝码、钩码、 、打点计时器、纸带、 等.
3.实验步骤
(1)垫高木板不带滑轮的一端, .
(2)在小车中放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线绕过滑轮连接小车和钩码.
(3)将小车停在打点计时器附近,先接通电源,再释放小车,关闭打点计时器电源.
(4)改变钩码的数量,更换纸带重复进行操作.
4.注意事项
(1)实验前必须首先平衡摩擦力.
(2)必须保证所悬挂钩码的重力远小于小车的重力,这时钩码的重力才近似等于小车所受的合外力.
5.数据处理
(1)小车受到的合外力F:大小近似等于所挂钩码的重力mg,故用天平测出钩码的质量m,可得F≈mg.
(2)通过纸带测小车的位移l.
(3)求出合力对小车做的功W=Fl=mgl.
(4)通过纸带求出对应位移l时,小车获得的速度v=.
6.结论
研究W与v的关系,发现合力对小车做的功W与小车速度的平方成正比,即满足W∝v2.
实验方案二 探究变力做功与速度变化
1.实验原理(如图S5-2所示)
图S5-2
(1)一根橡皮筋作用在小车上移动距离x——做功为W.
(2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离x——做功应为 .
(3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离x——做功应为 .
(4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度,列表、作图,由图像可以确定功与速度变化的关系.
2.实验器材
、小车、木板、 、纸带、 、铁钉等.
3.实验步骤
(1)垫高木板的一端,平衡 .
(2)拉伸的橡皮筋对小车做功:
①用一条橡皮筋拉小车——做功为W.
②用两条橡皮筋拉小车——做功为2W.
③用三条橡皮筋拉小车——做功为3W.
