4. 动能 动能定理优质教案设计

实验（一）学案：探究动能定理

一、实验目的

探究恒力做功和物体动能变化的关系

二、实验原理

重物的重力通过细绳带动小车运动，纸带上会记录下小车的运动信息。

在纸带上取出两点A、B,求出速度VA、VB,可得由A到B动能的变化

在m远小于M时，小车所受拉力可以看作等于重物的重力，所做的功等于mgh. 三、实验中需要测量的物理量和测量方法

小车及砝码的总质量M和悬挂物的质量m，用天平测出．

小车受到的拉力F认为等于重物的重力mg. 用刻度尺处理纸带，测点间的距离

四、实验器材

附有定滑轮的长木板、薄木垫、小车、细线、天平（带一套砝码）、重物（或小桶及砂）、打点计时器、低压交流电源、导线、毫米刻度尺、纸带及复写纸等。

五、实验步骤：

1．用天平测出小车和砝码的总质量M，重物的质量m，把数值记录下来．

2．按如图所示把实验器材安装好，只是不把悬挂重物的细绳系在车上，即不给小车加牵引力．

3．

：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板．反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态．这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力沿斜面方向上的分力平衡．

4．把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂重物，先接通

再

，打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码．

6．重复步骤4两次，得到三条纸带．

7．选取一条比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，

8．在纸带上取A、B两点，比较重力做功和动能变化的关系

六、注意事项

1、实验中始终要求重物质量（m）远小于小车和砝码的总质量（M），一般情况下要满足

10m＜M。只有这样，重物的总重力才能视为小车所受的拉力。

2．平衡摩擦力时，不要将悬挂重物的细线系在小车上，即不要给小车施加牵引力，并且让小车拖着打点的纸带运动．

3．平衡摩擦力后，再次实验，不需要重新平衡摩擦力．但必须保证细绳与长木板平行．

4．每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于重物的质量的条件下打出．只有如此，重物的重力才可视为小车受到的拉力．

5．每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．

七、误差分析

1．系统误差：实际上小车受到的拉力要小于重物的重力，而不是相等

重物的质量越小于小车的质量，误差就越小．

2．平衡摩擦力不准造成误差

3.使用刻度尺的测量误差等

练习：

1.

在“探究外力做功与物体动能的变化”的实验中，已知打点计时器所用的电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，测得所用的重物的质量为1.00 kg.实验中得到1

一条点迹清晰的纸带，如图，把第一个点记作O，另选连续的四个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别是62.99 cm、70.18 cm、77.76 cm、85.73 cm.根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力做的功为________J，动能的增加量等于________J(取三位有效数字)．结论是在误差允许的范围内_______

_

．

2、某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系”时，设计图如下

①组装实验器材如图

②将质量为200g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车。

③在质量为10g、30g、50g的三种钩码中，他挑选了一个质量为50g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40.0cm。②打下第N点时小车的速度大小为1.00m/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。（结果均保留两位有效数字）

（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，造成较大误差的三个主要原因是：

① ；② ；③ 。

3．在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中，某实验小组采用如图8（甲）的实验装置。

带有定滑轮的长木板

细线

纸带

接电源

v

A B s

实验小车

打点计时器

桶

砂

图8 （1）实验时为了保证小车受到的合外力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，在沙和沙桶的总质量m与小车的质量M的关系必须满足m<

（2）如图9（乙）为实验中打出的一条纸带，选取纸带中的A、B两点来探究恒力做功与动能改变的关系，测出A、B两点间距s和速度大小vA、vB。已知砂和砂桶的总质量m，小车的质量M，重力加速度g。则本实验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物理量）。

2

（甲）

（乙）

实验（二）学案：验证机械能守恒定律

一．考点整理

实验过程

1．实验原理：通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律．

2．实验目的：验证机械能守恒定律．

3．实验器材：

、电源、纸带、复写纸、重物、

、铁架台（附夹子）、导线、开关

4．实验步骤：

⑴

按照装置图组装实验装置，检查、调整好打点计时器，使其

固定在铁架台上，接好电路．

⑵

打纸带：将纸带的一端用

固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止

打点计时器的地方，先

，后

，让重物带着纸带自由下落．更换纸带重复做3 – 5 次．

⑶

选纸带：分别两种情况

①

用条直线上；②

用1mvn2

=mghn验证时，应选点迹清晰，且尽量在同一211mvA2–mvA2

=mgΔh验证时，由于重力势能的相对性，处理22纸带时，选择适当的点为基准点，只要后面的点迹清晰就可选用．

5．实验结论：在误差允许的范围内，自由落体过程机械能守恒．

16．误差分析：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功．故动能的增加量ΔEk

= mvn22必定

势能的减少量ΔEp

= mghn，改进办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．减少误差的方法一是测下落距离时都从

点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值．

7．注意事项：①

打点计时器要竖直：安装打点计时器时要

架稳，使其两限位孔在同一

内以减少摩擦阻力；②

重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料；③

一先一后：应先

，让打点计时器正常工作，后

让重物下落；④

测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn = (dn+1

–

dn–1)/2T，不能用vn =

2gdn或vn = gt来计算．

二．思考与讨论

思维启动

1．在验证机械能守恒定律的实验中有关重锤质量，下列说法中正确的是

（

）

A．应选用密度和质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力

B．应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动

C．不需要称量锤的质量

D．必须称量重锤的质量，而且要估读到0.01g 三．随堂演练

典型问题

〖考点1〗实验器材的选择及误差分析

【例1】做“验证机械能守恒定律”实验，完成下列问题：

⑴

从下列器材中选出实验时所用的器材（填写编号）______________ A．打点计时器（包括纸带）

B．重锤

C．天平

D．毫米刻度尺

E．秒表

F．运动小车

⑵

打点计时器的安装要求________；开始打点计时的时候，应先________，然后________．

⑶

计算时对所选用的纸带要求是

．

3

⑷

实验中产生系统误差的主要原因是________，使重锤获得的动能往往________．为减小误差，悬挂在纸带下的重锤应选择_______________________________________．

【变式跟踪1】用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”．

⑴

下列物理量需要测量的是________，通过计算得到的是________（填写代号）

A．重锤质量

B．重力加速度

C．重锤下落的高度

D．与下落高度对应的重锤的瞬时速度

⑵

设重锤质量为m、打点计时器的打点周期为T、重力加速度为g．图乙是实验得到的一条纸带，A、B、C、D、E为相邻的连续点．根据测得的x1、x2、x3、x4写出重锤由B点到D点势能减少量的表达式________，动能增量的表达式________．由于重锤下落时要克服阻力做功，所以该实验的动能增量总是________（选填“大于”、“等于”或“小于”）重力势能的减少量．

五．知识拓展

自我提升

1．用如图所示实验装置验证机械能守恒定律．通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，毫秒计时器（图中未画出）记录下挡光时间t，测出AB之间的距离h．实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．

⑴

为了验证机械能守恒定律，还需要测量下列哪些物理量________ A．A点与地面间的距离H

B．小铁球的质量m

C．小铁球从A到B的下落时间tAB

D．小铁球的直径d

⑵

小铁球通过光电门时的瞬时速度v

= ________，若下落过程中机械能守恒，则

l/t2与h的关系式为

1/t2 = ________．

2．某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．该同学经正确操作得到打点纸带，在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点，依次为1、2、3、4、5、6、7，测量各计数点到第一个点的距离h，并正确求出打相应点时的速度v．各计数点对应的数据见下表：

请在坐标图中，描点作出v2 - h图线；由图线可知，重锤下落的加速度g′ = ________ m/s2（保留三位有效数字）；若当地的重力加速度g

= 9.80 m/s2，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的重锤机械能守恒的依据是____________________________________．

数点

h/m v/m·s1

－1 0.124

2 0.194 1.94 3.76 3 0.279 2.33 5.43 4 0.380 2.73 7.45 5 0.497 3.13 9.80 6 0.630 3.50 12.3 7 0.777

v2/m2·s2

－

4