探究功與速度變化的關(guān)系 (2)

1、7.6探究功與速度變化的關(guān)系必修2第七章 機械能守恒定律 學習目的：1.理解探究性實驗中的探究思路、操作技巧和數(shù)據(jù)處理，能夠自主設(shè)計實驗。2.會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度。3.利用物理圖象探究功與物體速度變化的關(guān)系。知識回顧重力做功重力勢能彈力做功WF外力做功W彈性勢能動能速度？WG = mg(h1-h2)=Ep1 - Ep2= -EpW?一.探究功與物體速度變化的關(guān)系 v對物體做的功越多,物體的速度變化就越大.定性:在物體質(zhì)量一定的前提下:實驗目的1.通過實驗探究力對物體做的功與物體速度變化的關(guān)系2.體會探究的過程和所用的方法探究思路1.測量對小車做的功W2.測量小車獲得的速度

2、v3.數(shù)據(jù)處理,尋找W與v的關(guān)系FTmg的條件?方案一:F合FT的條件？平衡摩擦記錄數(shù)據(jù)?M車m物W=Fl. v用計時器測1.橡皮筋做的功如何改變橡皮筋做的功？方案二:問題:橡皮筋做功是恒力做功還是變力做功？?C B A?B要保證橡皮筋做功為整數(shù)倍需要選擇什么樣的橡皮筋?才能減少誤差?改變橡皮筋條數(shù)后為什么要把小車拉到相同的位置釋放?不這樣會出現(xiàn)什么結(jié)果?橡皮筋的長度、粗細應相同每條橡皮筋每次做功相等實驗器材:木板、小車、橡皮筋(若干）、砝碼（應該使小車的質(zhì)量大些）打點計時器、電源、紙帶、釘子2探究過程中,我們是否需要測出橡皮筋做功的具體數(shù)值?橡皮筋彈力做功不容易計算,然而改用橡皮筋的條數(shù),保

3、持小車相同的運動距離,則彈力的功與橡皮筋條數(shù)成正比.即橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W3.應該采用那些點距來計算小車的速度？. . . . . . . . . 小車運動情況:變加速直線運動(a越來越小的加速運動) 勻速運動減速運動如圖:應求小車勻速階段的速度.即:彈力做功剛完畢時利用倍數(shù)關(guān)系巧妙測變力做的功是本實驗的精妙之處思考一: 1.還有其他力對小車做功嗎?為了使橡皮筋對小車做的功即為合力功,怎么辦?GF阻FNFF2F1平衡摩擦mgsinmgcos. tan輕推小車小車能勻速運動應該選后段點間距均勻的點思考二:平衡摩擦力后打出點跡是怎樣的？我們應該選取紙袋上的哪部分點計算小車獲得的速

4、度？方法:判斷運動思考三:若未平衡摩擦力,請定性畫出所得紙帶是怎樣的？ABCDEFG數(shù)據(jù)處理WV2,即功與物體的速度的平方成正比.做出Wv的圖象,如果不是直線.做出Wv2的圖象,如果是一條直線實驗結(jié)論：4.在上述實驗中打出的5 條紙帶中,分別找出小車開始近似做勻速運動的點,并分別測出勻速運動時的速度v1 、v2 、v3 、v4 、v5 .3.用2 條、3 條、4 條、5 條橡皮筋分別代替1 條橡皮筋重做實驗,保證每次釋放小車的位置相同,即橡皮筋被拉長的長度相同.1.將打點計時器固定在一塊平板上,讓紙帶的一端夾在小車后端,另一端穿過打點計時器.將平板安裝有打點計時器的一端適當墊高,調(diào)整高度,直至

5、輕推小車后使小車恰能在板上做勻速直線運動為止.2.將橡皮筋固定在小車前端.拉長橡皮筋使小車位于靠近打點計時器處,記下小車位置.接通打點計時器電源,釋放小車.二.實驗過程?C B Aw01W2W3W4W5W6Wv00.81.11.281.531.761.89v200.641.211.642.343.13.57在探究功與物體速度變化關(guān)系時得到w-v的一組數(shù)據(jù)如下:請同學們幫該同學分析W與V間關(guān)系三.數(shù)據(jù)處理功與速度的關(guān)系得到的數(shù)據(jù)應怎么處理?結(jié)論:過原點的直線,說明操作技巧 1.小車在木板上運動時會受到阻力, 怎么補償?2.測量橡皮筋拉力做功時利用倍數(shù)關(guān)系巧妙地避開直接測量變力做功的問題(但必須注

6、意實驗時,每次拉長橡皮筋的長度應該相等). 3.紙帶上的點距并不都是均勻的,應該采用那些點距來計算小車的速度?為什么?誤差分析 1. 打出紙帶點數(shù)不能過少,否則找不出小車不受彈力勻速時打出的點,描繪曲線要容易判斷曲線性質(zhì)2.在長木板上,小車、鐵釘、打點計時器的位置應調(diào)整適當,以保證打在紙帶上的點便于處理,求出小車運動的速度.3.平衡摩擦力時,可使木板略微傾斜,作為補償.4.小車的質(zhì)量較小,當用多條橡皮筋時,打出的點過少,應改用質(zhì)量稍大的小車(或可加砝碼),以保證打出的點便于處理.5. 點并不是均勻的,應選用均勻的部分來確定小車的速度.實驗目標 ： 探究功與速度變化的關(guān)系實驗器材 ：長木板、橡皮

7、筋(若干)、小車、打點計時器、橡皮筋、電源、導線、刻度尺、木板、砝碼（應該使小車的質(zhì)量大些） 注意事項： 1橡皮筋的選擇 2平衡摩擦力 3誤差分析 4橡皮筋的條數(shù) 5實驗裝置的選取 實驗小結(jié)【例1】在用如圖所示裝置做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗時,下列說法正確的是( ) A.通過改變橡皮筋的條數(shù)改變拉力做功的數(shù)值B.通過改變橡皮筋的長度改變拉力做功的數(shù)值C.通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度D.通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度A C例2探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系,實驗裝置如圖所示,實驗主要過程如下:(1)設(shè)法讓橡皮筋

8、對小車做的功分別為W、2W、3W、;(2)分析打點計時器打出的紙帶,求出小車的速度v1、v2、v3、;(3)作出W-v草圖;(4)分析W-v圖象.如果W-v圖象是一條直線,表明Wv,如果不是直線,可考慮是否存在Wv2、Wv3、W 等關(guān)系.以下關(guān)于該試驗的說法中有一項不正確,它是_.A.本實驗設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、。所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實驗中使橡皮筋拉伸的長度保持一致。當用1條橡皮筋進行實驗時，橡皮筋對小車做的功為W，用2條、3條、橡皮筋并在一起進行第2次、第3次、實驗時，橡皮筋對小車做的功分別是2W、3W、。B.小車運動中會受到阻力，補償?shù)姆椒ǎ梢?/p>

9、使木板適當傾斜。C.某同學在一次實驗中，得到一條記錄紙帶。紙帶上打出的點，兩端密、中間疏。出現(xiàn)這種情況的原因， 可能是沒有使木板傾斜或傾角太小。D.根 據(jù)記錄紙帶上打出的點，求小車獲得的速 度的方法，是以紙帶上第一點到最后一點 的距離來進行計算的。D 1.本節(jié)是一個探究性實驗,探究的目的是A.探究力與運動速度的關(guān)系 B.探究力與運動加速度的關(guān)系C.探究力對物體做功與物體加速度變化的關(guān)系D.探究力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系D課堂練習2.對橡皮筋做功,直接測量是困難的,可以巧妙避開這個難題而不影響問題的解決,只需要測出每次實驗時橡皮筋對小車做的功是第一次的多少倍,使用的方法是A.用同樣的力對小

10、車做功,讓小車通過的距離依次是s、2s、3s進行第1次、第2次、第3次實驗時,力對物體做的功就是W、2W、3W B.讓小車通過相同的距離,第1次力為F、第2次2F、第3次3F實驗時,力對小車做的功就是W、2W、3W C.選相同橡皮筋,實驗中每次橡皮筋拉伸長度相同,用1條、2條、3條同樣的橡皮筋進行第1次、第2次、第3次實驗時,橡皮筋對物體做的功就是W、2W、3W D.用彈簧秤測量對小車的拉力F, 用直尺測量小車移動s,便可以求出每次F對小車做的功,可控制為W、2W、3W C3.在本實驗中,小車在運動中會受到阻力作用,這樣,在小車沿木板滑行的過程中,除橡皮筋對其做功以外,還有阻力做功,這樣便會給

11、實驗帶來誤差,我們在實驗中想到的辦法是,使木板略微傾斜,對于木板的傾斜程度,下面說法正確的是A.木板只要稍微傾斜一些即可,沒有什么嚴格的要求B.木板的傾斜程度在理論上應滿足下列條件:即重力使物體沿斜面下滑的分力應等于小車受到的阻力C.如果小車不受拉力時在滑行的木板上能做勻速運動,這木板的傾斜程度是符合要求的D.其實木板不傾斜,問題也不大,因為實驗總是存在誤差的BC4.某探究學習小組的同學欲驗證“動能定理”，他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置,另外他們還找到了打點計時器所用的學生電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊、細沙當滑塊連接上紙帶，用細線通過滑輪掛上空的小沙桶時，釋放小桶，滑塊處于靜止狀態(tài)。

12、若你是小組中的一位成員, 要完成該項實驗, 則: （1）你認為還需要的實驗器材有 （2）實驗時為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質(zhì)量應滿足的實驗條件是 ，實驗時首先要做的步驟是 水平實驗臺滑輪小沙桶滑塊細線打點計時器紙帶長木板天平，刻度尺 沙和沙桶的 總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量，平衡摩擦力5.小明同學設(shè)計了一個實驗來探究自行車的初速度與其克服阻力作功的關(guān)系.實驗的主要步驟是:找一段平直的路面,并在路面上畫一道起點線;騎上自行車用較快速度駛過起點線,并從車把手處自由釋放一團很容易辨別的橡皮泥;車駛過起點線后就不再蹬自行車腳蹬，讓車依靠慣性沿直線繼續(xù)前進；待車停下，記錄

13、自行車停下時的位置；用卷尺量出起點線到橡皮泥落地點間的距離s、起點線到終點的距離L及車把手處離地高度h.若自行車在行駛中所受的阻力為f并保持恒定.(2)自行車經(jīng)過起點線后克服阻力做功W=;(3)多次改變自行車經(jīng)過起點時的初速度,重復上述步驟 ,則每次只需測量上述物理量中的 和,就能通過數(shù)據(jù)分析達到實驗目的(用己知的物理量和所測量表示)(1)自行車經(jīng)過起點線時的速度v=；f Ls L6.某興趣小組在做“探究做功和物體速度變化關(guān)系”的實驗前,提出了以下幾種猜想:Wv, Wv2, .他們的實驗裝置如圖甲所示,PQ為一塊傾斜放置的木板,在Q處固定一個速度傳感器(用來測量物體每次通過Q點的速度).在剛開

14、始實驗時,有位同學提出,不需要測出物體質(zhì)量,只要測出物體初始位置到速度傳感器的距離和讀出速度傳感器的讀數(shù)就行了,大家經(jīng)過討論采納了該同學的建議0速度傳感器PLQv圖甲圖乙 請你簡要說明為什么不需要測出物體的質(zhì)量？ 讓小球分別從不同高度無初速釋放，測出物體初始位置到速度傳感器的距離L1、L2、L3、L4，讀出小球每次通過Q點的速度v1、v2、v3、v4、，并繪制了如圖乙所示的L- v圖象。若為了更直觀地看出L和v的變化關(guān)系，他們下一步應怎么做？ 在此實驗中，木板與物體間摩擦力的大小會不會影響探究出的結(jié)果，為什么？ 解： 因為對物體做的功W與物體初始位置到測速器的距離L成正比。下一步應該繪制L-

15、v 2圖象木板與物體間摩擦力的大小不會影響探究出的結(jié)果；因為摩擦力和重力的合力對物體做功也與距離L成正比7.某實驗小組采用如圖所示的裝置探究“動能定理”，圖中小車中可放置砝碼，實驗中，小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達地面，打點針時器工作頻率為50 Hz實驗的部分步驟如下：在小車中放入砝碼，把紙帶穿過打點計時器，連在小車后端，用細線連接小車和鉤碼；將小車停在打點計時器附近， , ，小車拖動紙帶，打點計時器在紙帶上打下一列點， ；改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復的操作 打點計時器小車紙帶制動裝置接通電源釋放小車斷開開關(guān)圖1是鉤碼質(zhì)量為0.03 kg，砝碼質(zhì)量為0.02 kg時得到的一條紙

16、帶，在紙帶上選擇起始點O及A、B、C、D和E五個計數(shù)點，可獲得各計數(shù)點到O的距離測量點S/cmv/(ms1)O0.000.35A1.510.40B3.200.45C_D7.150.54E9.410.60S及對應時刻小車的瞬時速度v，請將C點的測量結(jié)果填在表1中的相應位置在上車的運動過程中，對于鉤碼、砝碼和小車組成的系統(tǒng)， 做正功， 做負功ABCDEO0123456789101112cm紙帶運動方向5.060.49鉤砝的重力小車受摩擦阻力實驗小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出了圖2中的圖線（其中v2v2v02），根據(jù)圖線可獲得的結(jié)論是 要驗證“動能定理”，還需要測量的物理量是摩擦力和 02468100.000

17、.050.100.150.200.25s/cmv2/(m2s2)小車初末速度的平方差與位移成正比小車的質(zhì)量8.某學習小組做探究“合力的功和物體速度變化關(guān)系” 的實驗，如圖，圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行，這時，橡皮筋對小車做的功記為W. 當用2條、3條，完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次實驗時，使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致。每次實驗中小車獲得的速度由打點計時器所打的紙帶測出。紙帶小車橡皮筋打點計時器木板除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關(guān)、刻度尺和 電源（填“交流”或“直流”）；若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運動，當小車速度最大時，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是( )： A橡皮筋處于原長狀態(tài) B橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)C小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處 D小車已過兩個鐵釘?shù)倪B線在正確操作情況下，打在紙帶上的點，并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應選用紙帶的 部分進行測量（根據(jù)下面所示的紙帶回答）;ABFGHICDEK交流BG K 下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄表，橡皮筋做功10個間隔距離x（m）10個間隔時間T（s）小車獲得速度vn(m/s)小車速度的平方vn2(