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2.5 实验1 用打点计时器探究恒力做功与物体动能变化的关系


实验 1 用打点计时器探究恒力做功与物体动能变化的关系 【实验目的】 用打点计时器探究恒力做功与物体动能变化的关系。 【提出问题】 运动的物体具有动能,而做功又可以改变物体的动能。如离站加速行 驶的列车,动力对列车做功,列车的动能越来越大;在粗糙水平面上 滑行的物体,摩擦力对物体做负攻,物体的动能越来越小;自由下落 的物体,重力对它做正功,动能越来越大,等等。那么、做功与物体 动能的变化有怎样的定量关系呢?物体动能变化是否等于恒力做功 呢? 【实验器材】 铁架台(带铁夹) 、打点计时器、直尺、重物、纸带、复写纸、导线、 电源。 实验装置图如图 2.5-1 所示。 【实验设计与步骤】 让重物拖着一条纸带自由下落, 通过打点计时器在纸带上打下一系列 的点,取纸带的一段做研究,求出重物下落的高度和这段高度内始末 两状态的速度, 进而测出重力在这段高度内对物体做的功和这段高度 内始末两状态的动能。比较重力做的功和能的变化,即可获得恒力做 功与动能变化的定量关系。 1. 把打点计时器固定在置于桌边的铁架台上,将打点计时器与电源 连接好。

2. 将纸带穿过打点计时器的限位孔,并把纸带的一端固定在重物上, 用手提住纸带的上端,上下移动纸带,寻找一个手感阻力最小的 位置,并使重物停靠在打点计时器附近。 3. 先接通电源,后松手,让重物带着纸带自由下落。 4. 重复几次,得到 3~5 条纸带。 【实验结果与分析】 1. 从打好点的纸带中挑选打点清晰的一条纸带,在纸带上任取一段 作为研究对象, 标上始末状态, 如图 2.5-2 中纸带上的点 B 和点 E, 用刻度尺测出与点 B 相邻的两个记数点间的距离 和与点 E 相邻的 两个记数点间的距离 以及 B、E 两点间的距离 ,并填入表 2.5-1 中。

图 2.5-2 =0.3kg, =9.8m/s , =0.04 。

表 2.5-1 数据记录表

127.1

31.06

70.16

0.04

0.04

2.根据功的定义可知,

,采用求平均速度的方法求出打点计时器 ,计算

打 B、E 两点时,重物的速度 和 ,再根据动能的计算式

打 B、E 两点时的动能及其动能的差值 ,并将计算结果填入表 2.5-2

中。 表 2.5-2 数据处理表

0.7765

1.754

0.0904

0.4615

0.3711

0.3738

【结论与解释】 在误差允许的范围内,动能的增加等于重力势能的减少量,即重力所 做的功等于物体动能的变化。 【实验拓展与改进】 实验中所受的阻力有空气阻力、 纸带与限位孔间的摩擦力以及纸带与 指针的阻力等。为减小实验误差,实验所用的重物不宜过轻,放置重 物时上下移动纸带,寻找一个手感阻力最小的位置。在处理实验数据 时,应该多次重复实验,选用打点清晰的纸带。


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