实验五　探究动能定理目标要求　1.探究力对物体做的功与物体速度变化的关系.2.通过实验数据分析，总结出外力对物体做的功与物体速度的二次方成正比关系．实验技能储备1．实验器材打点计时器、交流电源、长木板、小车、纸带、橡皮筋(重物、细绳)、垫块、毫米刻度尺．2．实验方案方案一方案二实验装置由橡皮筋提供牵引力由重物提供牵引力实验原理1.改变功的大小：采用如图所示的实验装置，用1条、2条、3条、…规格同样的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释放，橡皮筋拉力对小车所做的功依次为W、2W、3W、…利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，由图象可以确定功与速度变化的关系.重物通过牵引小车，当小车的质量比重物的质量大得多且摩擦力忽略不计时，可以把重物所受的重力当作小车受到的牵引力．改变重物的质量或者改变小车运动的距离，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．实验步骤(1)垫高木板的一端，平衡摩擦力．(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W②用两条橡皮筋拉小车——做功为2W(3)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(1)垫高木板不带滑轮的一端，平衡摩擦力．(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


v和W绘制W－
v或W－v2、W－v3……图象，直到明确得出W和
v的关系.(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)分别用各次实验测得的
v和W绘制W－
v或W－v2、W－v3……图象，直到明确得出W和
v的关系．注意事项(1)将木板一端垫高，使小车的重力沿木板向下的分力与摩擦力平衡．(2)测小车速度时，应选纸带上点迹均匀的部分，也就是选小车做匀速运动的部分．(3)橡皮筋应选规格相同的，力对小车做的功以及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.(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.考点一　教材原型实验考向1　由橡皮筋提供牵引力例1　某实验小组采用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系．小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，打点计时器工作频率为50 Hz.
格.器电源．(4)改变钩码的数量，更换纸带重复进行操作．数据处理分别用各次实验测得的


整_应将木板__时_____(选填“左”或“右”)端
适(2)当垫高以平衡摩擦力．实验中，某同
学出的一打段图纸如带乙所示，相邻.计时点间距离依次为＝3两50 cm、＝3.80 cm、＝＝＝＝＝4.00 cm，
则匀速运动的速度 ＝____vm/s.(3)根
据多次测量的数据，画度橡皮筋对小车做功W出与小车匀速运动的速v的关如图系所示，丙
根据图线形状猜想W，与的关系可能为________v．A．W∝ B．W∝
v－1C．W∝
v2 D．W∝v3(4)改变橡皮筋的条数，
若实验中的所有和作操数据处理均无错误，则Δ绘出图线(的中图v2＝
v2－0，将一根线皮筋对小车做的功记为W橡0)应为过原点的一条直，但根据实验结果得到的图线如图
丁所示，造成这一偏差的原因________________是____________________．答
案　(1)左　(2)2　(3)CD　(4)平衡摩擦力过度解
析　(1)小车向右边弹出，平衡摩擦力时应该将木板左端垫高．(2)由
题目给的数据可知C小车从点到H点做匀速运动，则v＝＝2 m/s.(3)题
图丙中图线的形状与函的图象y＝xn(n＝2,3,4，…)数吻C、D合，故选项正确．(4)从图象
截距可看出橡皮筋的弹力不做功时，小车仍然会有． 考向2　由重物提供牵引力例速度，这表明平衡摩擦力过度2　(2019·江苏卷·10)某
兴趣小组用如图所示的装置验证动能定理．
(1)为了消除小车运动过程中所受摩擦力的影响，调


两种H50 工作频率均为z的打点计时器供实验选用：A．电
磁打点计时器 B．电火花打点计时器为使纸带在运动时受到的
阻力较小，应选择________(选A“填”或“B”)．(2)保
持长木板水平，将纸带固的在小车后端，纸定穿过打点计时器带限位孔．实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码
盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动．同学甲认为此时摩擦力的影响
已得到消除．同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动．
看法正确的同学__是______(选““甲”或填乙”)．(3)消除摩擦力的影响后，在砝码
盘中加通砝码．接入打点计时器电，源松车小车，小开运动．纸带
被打出一系列，点其中的一段带图所示．图如纸中按实际尺寸画纸，出带上A点的速度
vA＝________m/s.(4)测出小车的质量为M，再测出纸带上
起车到A点的距离为L.小点动能的变化量用ΔEk＝M
算A2出．砝码v盘砝中码的质量为m，重力加_度为g.实验中，小车的质量应速_______(选填“远大于”“远小于”或“接近”)砝码、砝码
盘和沙子做总质量，小车所受合力的的功可用W＝mgL算出．多次测量．
均W与ΔEk若基本相等则验证了动能定理．答
案　(1)B　(2)乙3(3)0.31(0.　0～0.33均可)　(4)远大于解
析　(1)电火花的点计打器对纸带时阻力小于电磁的点计打器对纸带时阻力，实验时，差小误故选B.(2)在砝码
盘中慢慢加入沙子直至小车开始开动运小车从静止，始做加速运动，此
时砝码盘和沙子的总重力大于小车与长木板间的滑动摩擦力，平衡摩擦力过度，同学乙正确的．(3)是在匀变速直线运动中，中间时刻的
瞬时速度等于这段时间内平的均速度．用刻度尺量出与A相
邻，可得l的两点间的距离1.25 cm＝vA＝＝ m/s≈0.31 本/s.(4)m的重力表示小车所受的拉力．实验中用砝码
只有当小车的质量远大于砝码盘、砝码以及沙子才可以用砝码的重力表示小车受到的拉力．的总质量时，考点二　探
索创新例验实3　某同
学所用如图利示的装置探究动能定理．在气垫轨导上安装了两光电1门、2，滑块上
固定一遮光条，滑块用细线绕过定滑轮和动滑轮与弹簧测力计相连．实验时，测出光1门电、2间的距离L，
遮光条的宽度为d，滑块和遮光条的总质量为M，钩码质量为m.
(1)有


成下列实验步骤中的填空：A．
安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；B．实验时要调
气整垫水导轨通平，不挂钩码和，接细线气源，释放滑块，如果块滑______________，
则表示气垫导轨已调整至水平C状态；．挂上钩码后，接通
气记源，再放滑块，开录滑块通过光电过1的门间t1和通时光电的时间2门t2，
若弹簧测力计的示数为F，则要验证动能定理的表达式______________为__；D．改变钩码的质量，重复步骤C，求得滑块在不同合力作用下的动能变化量ΔEk.(2)对于上
述实验，下列说_____法正确的是___．A．滑块的
加速度与钩码的加速度大小相等B．弹
簧测力计的读数为滑块所受合外力的大小C．实验过程中钩码处于
超重状态D．钩码的总质量m应远小于滑块和
遮光条的总质量M答
能　(1)B.在案气垫轨导上静止(或在能气垫导轨或上做匀速运，动经过两个光电门的时间相等)　C．FL＝M()2－M()2　(2)B解
析　(1)若气垫导轨水平，则滑块不挂钩码时在气垫导轨上受的合外力为零，能在气垫导轨
上静止或做匀速直线运动，即滑块经过两个光电门的时间相等．如FL＝M果满足()2－M()2，
则可以验证动能定理．(2)因
为钩码向下运动的位移大小为x时，滑块运动的位块大小为2x，所以滑移的加速码大小是钩度
加的速度大小2倍，选项A错误；弹簧测力计的读受为滑块所数合外力的大小，不
需要满足码钩的总质量m远小于滑块和遮光的条总质量M，实验过于中钩码处程失重状态
，所以选项B正确，C、D错误例．4　(2022·安徽池州市第
一中学月考)为了研小合外力做功和究能变化的关系，某动组设计了使用位移
传感开的如器甲所示的实验装置．从0时刻图始，让木量为m的质块从的木板上由静止释放，与位移角倾为θ
传感器连接的计算机描绘出了木块的位移随速度的变化规律
如图乙②图线中的所示．图中位移从x1到x2和从x到x3时，木块速度二次方2(v2)的增量都相等，测得这
个增量为k.木块与木板之间的动摩擦，重力μ＝t因素nθa加速度为g.(1)根
据图线②计算出木块位移从x1到x3时动能的变化ΔEk ＝____________，合外力做的功
(1)完


保持倾角θ不变，改用与木块体积相同的钢块来做实验，钢、木之间的动摩擦′μ因素＝μ，
则钢块的位移随速度变化规律(________可能是图中的图线填“①”“②”或“③”)．答
案　(1)mk　(x3－x1)　(2)③解
由(1)析　题，木块速度的二次方的x1意可得从x3到增量为2k即－32vv12＝2k则ΔEk＝m
v32－m(12vm＝v32－1v2)＝mk，故木块从x1到x3动能变化为mk；W力做的功为由动能定理，合外＝(mgsin θ－μmgcos θ)(x3－x1)＝(x3－x1)(2)由
题可知物体在斜面上做匀加速直线运动即有，t2－0＝vax2x与则＝，的关系为xv题夹角中
不变，动摩擦因素变小，所以加速度变大，可得