实验验证动能定理
验证动能定理
验证动能定理一、实验目的1、验证动能定理。
二、实验原理1、W总=12mv 22－12mv 212、W总=F合Scosα，其中小车位移可从纸带上直接得到，作用在小车上的合力，可通过两个“替代”关系使小车所受的合力转化为悬挂物的重力。
（1）平衡摩擦力——用小车所受的拉力替代合力小车受力为重力、拉力、阻力、支持力，平衡摩擦力后，使重力、阻力和支持力的合力为零，则小车所受的拉力等于小车的合力。
不用重复平衡摩擦力，一次即可。
（2）小车质量(M)远大于悬挂物质量(m)——用悬挂物重力替代小车所受的拉力3、可根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度v n＝xn＋x n＋12T来计算小车的速度．三、实验步骤1.用天平测出小车的质量和小盘中砝码的质量,分别为M、m,并把数值记录下来。
2.按图示将实验器材安装好。
3.在长木板无滑轮的一端下面垫一薄木板,以平衡摩擦力。
4.将小盘通过细绳系在小车上,接通电源放开小车,用纸带记录小车的运动情况。
5、重复实验，选一条点迹清晰的纸带分析。
四、数据处理1、根据匀变速直线运动某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度v n＝xn＋x n＋12T来计算小车的速度，从而得出动能的变化量，测量纸带上两点的距离，计算拉力在此过程中对小车做的功。
2、比较该过程中拉力做的功W和物体动能变化的数值。
五、误差分析1、偶然误差：主要由质量的测量、计数点间距测量引起，可通过多次测量取平均值减小误差2、系统误差（1）平衡摩擦力不准造成的误差（2）由于不满足M≫m引起的误差六、实验创新题型示例：1、(2019·高考江苏卷)某兴趣小组用如图1所示的装置验证动能定理．(1)有两种工作频率均为50 Hz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______(选填“A”或“B”)．(2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔．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_____(选填“甲”或“乙”)．(3)消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码．接通打点计时器电源，松开小车，小车运动．纸带被打出一系列点，其中的一段如图2所示．图中纸带按实际尺寸画出，纸带上B点的速度v B＝______m/s.(4)测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L.小车动能的变化量可用ΔE k＝12Mv2算出．砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g.实验中，小车的质量应______(选填“远大于”“远小于”或“接近”)砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W＝mgL算出．多次测量，若W与ΔE k均基本相等则验证了动能定理．2、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.(1)下列叙述正确的是.A.每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B.每次实验中,橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C.放小车的长木板应该尽量使其水平D.先接通电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出(2)实验中,某同学得到了一条如图(乙)所示的纸带.这条纸带上的点距并不均匀,下列说法正确的是.A.纸带的左端是与小车相连的B.纸带的右端是与小车相连的C.利用E,F,G,H,I,J这些点之间的距离来确定小车的速度D.利用A,B,C,D这些点之间的距离来确定小车的速度(3)实验中木板略微倾斜,这样做.A.是为了释放小车后,小车能匀加速下滑B.是为了增大小车下滑的加速度C.可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功D.可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动(4)若根据多次测量数据画出的W-v图象如图(丙)所示,根据图线形状,可知对W与v的关系符合实际的是图(丙)中的.3、如图所示的装置,可用于探究恒力做功与动能变化的关系.水平轨道上安装两个光电门,光电门1和光电门2的中心距离为s,光电门的宽度为d.滑块(含力传感器和宽度很小的挡光片)质量为M.细线一端与力传感器连接,另一端跨过定滑轮挂上砝码盘.实验步骤如下:①先保持轨道水平,通过调整砝码盘里砝码的质量来平衡摩擦力,当滑块做匀速运动时传感器示数为F.②增加砝码质量,使滑块加速运动,记录传感器示数.请回答:(1)该实验(选填“需要”或“不需要”)满足砝码和砝码盘的总质量m远小于M.(2)滑块与水平桌面的动摩擦因数μ= (用F,M,重力加速度g来表示).(3)某次实验过程中,力传感器的读数为F,滑块通过光电门1和光电门2的挡光时间分别为t1,t2;滑块通过光电门2后砝码盘才落地.该实验需验证滑块的动能改变与恒力做功的关系的表达式是(用题中物理量字母表示).4、(2016·全国Ⅱ卷,22)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图(甲)所示:轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接,向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能.(1)实验中涉及下列操作步骤:①把纸带向左拉直②松手释放物块③接通打点计时器电源④向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是(填入代表步骤的序号).(2)图(乙)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果.打点计时器所用交流电的频率为50 Hz.由M纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为m/s.比较两纸带可知, (选填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大.5、某实验小组用如图所示的装置探究功和速度变化的关系:将小钢球从固定轨道倾斜部分不同位置由静止释放,经轨道末端水平飞出,落到铺着白纸和复写纸的水平地面上,在白纸上留下点迹,为了使问题简化,小钢球在离倾斜轨道底端的距离分别为L,2L,3L,…处释放,这样在轨道倾斜部分合外力对小钢球做的功就可以分别记为W0,2W,3W,…(1)为了减小实验误差需要进行多次测量,在L,2L,3L…处的每个释放点都要让小钢球重复释放多次,在白纸上留下多个点迹.那么,确定在同一位置释放的小钢球在白纸上的平均落点位置的方法是.(2)为了探究功和速度变化的关系,实验中必须测量(填选项前的标号).A.小钢球释放位置离斜面底端的距离L的具体数值B.小钢球的质量mC.小钢球离开轨道后的下落高度hD.小钢球离开轨道后的水平位移x(3)该实验小组利用实验数据得到了如图所示的图象,则图象的横坐标是.(用实验中测量的物理量符号表示)。
动能定理的实验验证
动能定理的实验验证动能定理是物理学中的基本定理之一，它描述了物体的动能与物体所受的外力之间的关系。
根据动能定理，一个物体的动能的变化等于物体所受外力的做功。
为了验证动能定理，我们进行了以下实验。
实验目的：通过实验验证动能定理，并观察物体的动能与所受外力做功之间的关系。
实验材料和设备：1. 大理石球2. 斜面轨道3. 计时器4. 力传感器5. 电子天平实验步骤：1. 将斜面轨道固定在水平桌面上，并确保其倾斜角度为一定值。
2. 在斜面轨道的顶端放置一个大理石球，使其处于静止状态。
3. 在轨道的底端设置一个力传感器，用于测量大理石球所受的外力。
4. 使用电子天平测量大理石球的质量，并记录下来。
5. 从轨道的顶端释放大理石球，同时开始计时器。
记录下大理石球运动到轨道底端所经历的时间。
6. 记录力传感器所测得的大理石球所受的外力值。
实验结果：根据计时器记录的时间和力传感器记录的外力值，我们可以计算出大理石球在斜面轨道上所受的外力做功。
外力做功 = 外力 ×物体位移根据动能定理，我们可以通过以下公式计算大理石球的动能变化：动能变化 = 外力做功讨论与结论：通过实验我们得到了大理石球在斜面轨道上的动能变化值，并与力传感器测得的外力做功进行对比。
如果动能的变化等于外力做功的值，那么我们可以得出结论，动能定理在这个实验中得到了验证。
实验的精确度和可靠性受到多种因素的影响，例如轨道的摩擦力、空气阻力等。
为了提高实验结果的准确性，我们可以采取一些措施，如减少摩擦力、提高测量仪器的精度等。
总结：通过进行大理石球在斜面轨道上的实验，我们验证了动能定理。
动能定理在物理学中具有重要意义，它描述了物体运动过程中能量的转换和守恒。
通过实验的验证，我们加深了对动能定理的理解，同时也加深了对物体运动规律的认识。
这对我们进一步研究和应用物理学知识具有重要的指导意义。
参考文献：[1] Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2013). Fundamentals of physics: extended. John Wiley & Sons.。
探究动能定理实验报告
探究动能定理实验报告实验目的：通过观察和测量物体的运动，探究动能定理的成立。
实验器材：1.平滑水平台面2.弹簧测力计3.动能定理实验装置（包括轨道、可运动的车、测量时间的器具等）实验原理：动能定理是物理力学中的基本定理之一，它揭示了物体动能与物体所受力学作用之间的关系。
按照动能定理，物体的动能等于物体所受合外力所做的功。
即动能定理公式为：Ek=W。
实验步骤：1.将平滑水平台面放置于实验桌上。
2.安装动能定理实验装置，包括轨道、可运动的车以及测量时间的器具。
3.将弹簧测力计固定在平滑水平台面上，确保测力计的刻度能够清晰可见。
4.首先调整弹簧测力计的位置，使得测力计的刻度与轨道一致。
5.将可运动的车放在轨道的起点，确保车与测力计始终保持接触。
6.用手将车推动起来，车在轨道上运动。
7.在车运动的过程中，观察弹簧测力计的指示值，并记录。
8.重复进行多次实验，分别改变车的起始位置和推动力度，保证数据的准确性和全面性。
数据处理与分析：根据实验记录的弹簧测力计的指示值，可以计算出物体在运动过程中所受到的力。
然后，根据施加的力和物体的位移，可以计算出物体所受外力所做的功。
最后，通过测量物体的质量和速度，可以得出物体的动能。
将物体的动能和所受外力所做的功进行比较，如果两者相等，说明动能定理成立。
实验结论：根据数据处理与分析的结果，我们可以得出结论：动能定理成立。
在实验过程中，我们观察到物体的动能和所受外力所做的功的值相等，验证了动能定理的正确性。
实验误差与改进：在实验过程中存在一些误差，例如弹簧测力计的刻度因为观察角度不同而产生一定的读数误差，以及由于车与轨道之间的摩擦力等因素，使得动能定理的验证结果不完全准确。
为了减小误差，可以采取以下改进措施：1.使用更精确的测力计，减小读数误差。
2.减小车与轨道之间的摩擦力，例如通过给轨道表面涂上润滑剂。
3.进行多次实验，取平均值，以提高数据的准确性和可靠性。
总结：通过本次实验，我们成功地探究了动能定理，并验证了动能定理的成立。
(完整版)验证动能定理实验
验证动能定理实验1、实验原理：沙桶和沙子的重力视为小车受到的合外力；合外力对小车做的功：mgS 车小车动能的改变量： 验证合外力做的功是不是等于小车动能的改变量2.、需要测量的物理量：沙和沙桶的质量；车的质量；算车的速度和位移;3、要注意的问题：怎么平衡摩擦力？有两个不一样的质量在里面，所以不能抵消掉.怎么去处理纸带上面的点。
4、实验示意图如图：例题1．某探究学习小组的同学欲验证动能定理，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态．（1）你认为还需要的实验器材有____________．（2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质 量应满足的实验条件是__________________________，实验时首先要做的步骤是 ________________．（3)在（2)的基础上，某同学用天平称量滑块的质量为M 。
往沙桶中装入适量的细沙，用 天平称出此时沙和沙桶的总质量为m .让沙桶带动滑块加速运动．用打点计时器记录 其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L 和这两点的 速度大小v 1与v 2（v 1＜v 2）．则本实验最终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的物理量）2122Mv 21Mv 21例2．某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系"，设计了如下实验，他的操作步骤是：①安装好实验装置如图所示．②将质量为200 g的小车拉到打点计时器附近,并按住小车．③在质量为10 g、30 g、50 g的三种钩码中，他挑选了一个质量为50 g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40.0 cm.②打下第N点时小车的速度大小为1。
动能定理 守恒 实验
实验五:验证动能定理实验W合= ∆E k2—∆E k1目的：验证在外力作用下物体做加速运动或减速运动时，动能的增量等于合外力所做的功。
原理：物体在恒力作用下做直线运动时，动能定理可表述为F合s= mv22- mv12。
只要实验测得F合s 和m(v22-v12)在实验误差范围内相等，则动能定理被验证。
F合可以由F合＝ma求得。
例题：如图是验证动能定理的装置，除图示器材外，还有打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸，天平和细沙．①你认为还需要的实验器材有．②实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，应满足的实验条件是，实验时首先要做的步骤是．③图丙是滑块(质量为M)在沙和沙桶的总质量为m条件下做匀加速直线运动的纸带．测量数据已用字母表示在图中，打点计时器的打点周期为T. 则本实验最终要验证的数学表达式为．(用题中的字母表示)解析①刻度尺（2分）②沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量；平衡摩擦力.（每空2分）③mg x AB＝12M（x B2－x A24T2）（4分）1．（2008广东）（13分）某实验小组采用图11所示的装置探究“动能定理”。
图中小车中可放置砝码。
实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面。
打点计时器工作频率为50Hz.（1）实验的部分步骤如下：①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；②将小车停在打点计时器附近，，，小车拖动纸带，打点计时器上打下一列点，；③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作。
（2）图12是钩码质量为0.03kg，砝码质量为0.02kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到O的距离S及对应时刻小车的瞬时速度v，请将．．C．点的测量结果填在表．．．．．．．．．1．中的相应位置．．．．．．。
（3）在小车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统，做正功，做负功。
探究动能定律的实验
探究动能定律的实验实验方法一： 用验证牛顿第二定律的实验装置来探究动能定理1.实验目的：探究外力做功与物体动能变化的定量关系2.实验原理：（1）实验装置如图所示，在砝码和砝码盘的质量远小于小车质量时，可认为细绳的拉力就是砝码及砝码盘的重力（F 绳=G 砝码及砝码盘）。
（2）平衡长木板的摩擦力。
（3）在砝码盘中加放砝码并释放砝码盘，木块将在砝码盘对它的拉力作用下做匀加速运动．在纸带记录的物体运动的匀加速阶段，适当间隔地取两个点A 、B.只要取计算一小段位移的平均速度即可确定A 、B 两点各自的速度v A 、v B ，在这段过程中物体运动的距离s 可通过运动纸带测出，我们可即算出合外力做的功W 合=F 绳S AB （F 绳=G 砝码及砝码盘）。
另一方面，此过程中物体动能的变化量为 ，通过比较W 和ΔEk 的值，就可以找出两者之间的关系。
3. 实验器材：长木板(一端带滑轮)、刻度尺、打点计时器、纸带、导线、电源、小车、细线、砝码盘、砝码、天平． 4.实验步骤及数据处理(1)用天平测出木块的质量M ，及砝码、砝码盘的总质量m 。
把器材按图装置好．纸带一段固定在小车上，另一端穿过打点计时器的限位孔；(2)把木块靠近打点计时器，用手按住．先接通打点计时器电源，再释放木块，让它做加速运动．当小车到达定滑轮处(或静止)时，断开电源；（3）取下纸带，重复实验，得到多条纸带；(4)选取其中点迹清晰的纸带进行数据处理，先在纸带标明计数点，然后取间隔适当的两点A 、B 。
利用刻度尺测量得出A ，B 两点间的距离S AB ；再利用平均速度公式求A 、B 两点的速度v A 、v B ；(4)通过实验数据，分别求出W 合与ΔE kAB ，通过比较W 和ΔEk 的值，就可以找出两者之间的关系。
5.误差分析1．没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。
2．利用打点的纸带测量位移，和计算木块的速度时，不准确也会带来误差。
动能定理与功率的实验验证
实验数据分析
劲度系数
计算弹簧的劲度系数 观察劲度系数随伸长长度 的变化
小球速度
处理小球速度数据 分析速度随时间的变化趋 势
动能变化
计算小球在不同高度下的 动能变化 比较不同高度下的动能数 据
功率计算
计算实验中小球的功率 研究功率与高度的关系
实验结果分析
通过实验数据处理和分析，可以得出小球在不同 高度下的动能变化情况，以及对应的功率计算结 果。实验数据验证了动能定理与功率的关系，并 在图表展示中得到充分表达，为后续实验结果的 论证提供了重要依据。
弹簧
用于产生弹力
物体
弹簧测力计是一种用 于测量力的仪器，通 过弹簧的伸缩来计算 作用力的大小。在实 验中，弹簧测力计可 以帮助我们测量物体 受到的拉力或压力。
实验平台功能
01 固定实验器材
确保实验过程稳定
02 提供支撑
避免实验器材晃动
03 调节高度
方便实验材料调整位置
实验拓展
设计新实验验证动能定理 与功率 探索动能定理与功率的关 联性
结束语
感谢实验指导老师和实验组成员的支持与帮助。 实验报告完结，谢谢您的观看!
感谢观看
光电测速仪
光电测速仪是一种用于测量物体运动速度的仪器。 其原理是利用光电效应，通过光电传感器感知物 体通过的时间来计算速度。在动能定理与功率实 验中，光电测速仪可以帮助我们准确测量物体的 速度。
实验材料
弹簧
用于产生弹力
计算机
用于数据记录和 分析
物体
用于施加力
实验仪器
01 弹簧测力计
用于测量力的大小
本实验旨在通过验证动能定理，验证功率的定义， 以加深对这两个物理概念的理解。在实验过程中， 将通过具体的数据和计算来验证这些理论，并加 深对动能和功率的理解。
动能定理的推导与实验验证
动能定理的推导与实验验证动能定理是经典力学中的一条重要定理，它描述了物体运动过程中动能的变化与力的关系。
本文将对动能定理进行推导，并通过实验验证来证明其正确性。
一、动能定理的推导动能定理是通过对物体的运动进行分析，结合牛顿第二定律和功的概念推导而得到的。
首先，我们来回顾一下牛顿第二定律的表达式：\[F = m \cdot a\]其中，F代表物体所受的净力，m代表物体的质量，a代表物体的加速度。
其次，我们引入功的概念。
功可以定义为力在物体上所做的功。
当物体在力的作用下发生位移时，力对物体进行了功。
功的表达式可以表示为：\[W = F \cdot s \cdot \cos(\theta)\]其中，W代表力所做的功，F代表力的大小，s代表物体的位移大小，θ代表力与位移之间的夹角。
根据牛顿第二定律和功的概念，我们可以对动能定理进行推导。
根据牛顿第二定律，物体所受的净力可以表示为：\[F = ma\]将上式代入功的表达式中，可以得到：\[W = mas \cdot \cos(\theta)\]由于动能可以定义为物体的能量，可以表示为：\[K = \frac{1}{2}mv^2\]其中，K代表动能，m代表物体的质量，v代表物体的速度。
根据物体的速度和位移之间的关系，我们知道：\[v = \frac{s}{t}\]将上式代入动能的表达式中，可以得到：\[K = \frac{1}{2}m\left(\frac{s}{t}\right)^2\]将动能的表达式代入功的表达式中，可以得到：\[W = ma \cdot s \cdot \cos(\theta)\]由于功等于动能的变化，即\(W = \Delta K\)，可以得到：\[ma \cdot s \cdot \cos(\theta) = \frac{1}{2}m\left(\frac{s}{t}\right)^2\]经过简化和化简，可以得到动能定理的最终表达式：\[mv^2 = 2a \cdot s\]这就是动能定理的推导过程。
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内容：合外力对物体所做的功等于物体动能的改变
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 1 2 2 W F合 Scos mv 2 mv 1 2 2
纸带中某点的瞬时速度如何 计算？（f=50Hz） 求 V B =？ VD =？
B点为AC的中间时刻 根据推论：
Vt v
2
S t
VB V AC
SAC 2T
一、实验装置
定滑轮
打点计时器
小砂桶或者钩码
二、实验中应测量的物理量
问题一：
小车所受到的合外力做的功=？ 小车所受到的合外力 ------F合=T-f ----W合=（T-f）S 能否简化？有什么措施？
措施一：垫高长木板，平衡f 措施二：令M>>m
G
T N
f
问题二： 小车的动能改变量？
1 1 2 2 Ek Mv D Mv B 2 2
三、实验中的注意事项 1、先通电，再放小车 2、小车应该尽可能的靠近打点计时器 3、平衡摩擦力时，应该垫高的是不带定滑轮的一 端，且应是不挂钩码挂纸带的状态