高中物理 76 實(shí)驗(yàn) 探究功與速度變化的關(guān)系同步課件 新人教版必修2

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1、第六節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康捏w驗(yàn)和經(jīng)歷探究功與速度變化(或動能變化)關(guān)系過程二、實(shí)驗(yàn)原理讓橡皮筋拉動小車運(yùn)動一定的位移，通過改變橡皮筋的條數(shù)，改變拉力功的大小，看功的大小與物體速度(或動能)的變化成怎樣的關(guān)系三、實(shí)驗(yàn)器材木板、小車、橡皮筋、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或電火花計(jì)時(shí)器)、電源、紙帶等四、實(shí)驗(yàn)步驟1按如圖所示安裝好實(shí)驗(yàn)儀器2第一次先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測出小車獲得的速度v1，設(shè)此時(shí)橡皮筋彈力對小車做功為W，并將得到的數(shù)據(jù)記入表格3換用2條、3條、4條同樣的橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，并使橡皮筋拉伸的長度都和第一次相同，測出v2、v3、v4橡皮筋對小車做功分別為2W、3W、4W

2、將數(shù)據(jù)記入表格4分析數(shù)據(jù)，嘗試作Wv、Wv2等圖象，探究W、v的關(guān)系五、數(shù)據(jù)處理1橡皮筋彈力的功的計(jì)算由于橡皮筋彈力隨其形變量而變，橡皮筋對小車的功無法用公式定量計(jì)算本實(shí)驗(yàn)巧妙地回避了功的計(jì)算如果一條橡皮筋對小車做功為W，則兩條橡皮筋對小車做的功就是2W，三條橡皮筋對小車做功為3W，依次類推，各次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對小車的功都可以用W的倍數(shù)來表達(dá)3功與速度關(guān)系(1)通過試探與分析，確定W與v的關(guān)系因?yàn)閳D象上的直線關(guān)系最容易判斷兩個(gè)物理量間的關(guān)系，所以可分別試探畫出W與v、W與v2、W與v3、W與間關(guān)系的圖象，找出哪一組的圖象是直線，從而確定功與速度的正確關(guān)系(2)描點(diǎn)時(shí)既要觀察各點(diǎn)的位置關(guān)系，又要考

3、慮應(yīng)有的函數(shù)關(guān)系，若拉力大，小車速度大，點(diǎn)數(shù)少，可能使W與v成線性關(guān)系，控制小車速度，加大縱坐標(biāo)單位長度，可減少誤差六、注意事項(xiàng)1本實(shí)驗(yàn)是利用橡皮筋的多少表示橡皮筋做功的大小，不需要求出每次做功的具體數(shù)值，因此所選用的橡皮筋要長度、粗細(xì)相同2為了減小小車在運(yùn)動中因受摩擦力帶來的誤差，可在長木板有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端下面墊一塊木塊，反復(fù)移動木塊位置，直至小車在斜面上向下運(yùn)動時(shí)可以保持勻速直線運(yùn)動，此時(shí)重力沿斜面方向的分力與摩擦力平衡，這樣可以消除摩擦力的影響3在用紙帶確定由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度時(shí)，應(yīng)該是橡皮筋恢復(fù)形變以后小車的速度，所以在紙帶上應(yīng)選用那些間距較大，且相對均勻的點(diǎn)來確定小車的

4、速度七、誤差分析誤差來源：一是由于忘記平衡摩擦力或沒有完全平衡摩擦力對實(shí)驗(yàn)的影響；二是橡皮筋長度、粗細(xì)不一，使得拉力及拉力的功與條數(shù)不成正比帶來誤差；三是紙帶上點(diǎn)的間距測量也會帶來誤差八、實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過作圖發(fā)現(xiàn)Wv2圖近似是一條直線，說明Wv2.某學(xué)習(xí)小組做探究“合力做的功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，如圖所示，圖中小車是在一條橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行，這時(shí)，橡皮筋對小車做的功記為W，當(dāng)用2條、3條n條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次第n次實(shí)驗(yàn)時(shí)，使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長的長度都保持一致每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測出(1)除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要導(dǎo)線、開

5、關(guān)、刻度尺和_(2)木板傾斜的目的是為了_(3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋的作用下運(yùn)動，當(dāng)小車速度最大時(shí)，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(gè)鐵釘?shù)倪B線處D小車已過兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線(4)在正確操作情況下，打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_部分進(jìn)行測量(根據(jù)如圖所示的紙帶回答)；(5)下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表：物理量物理量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)次數(shù)次數(shù)橡皮橡皮筋做筋做的功的功10個(gè)間隔個(gè)間隔距離距離x(m)10個(gè)間隔個(gè)間隔時(shí)間時(shí)間T(s)小車獲得小車獲得的速度的速度vn(m/s)小車速度小車速度的平

6、方的平方v(m2/s2)1W0.288 00.21.442.0722W0.417 60.22.094.3633W0.489 60.22.455.9944W0.590 40.22.958.7155W0.648 00.23.2410.50從理論上講，橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn_.請運(yùn)用表中測定的數(shù)據(jù)在圖中所示的坐標(biāo)紙中作出相應(yīng)的圖象，并驗(yàn)證理論的正確性解析：(1)要使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作，還需要有電源(2)木板傾斜的目的是為了使小車重力沿斜面方向的分力與摩擦力平衡，簡單說就是平衡摩擦力(3)若木板水平放置，小車速度最大時(shí)橡皮筋的拉力與摩擦力相等，則此時(shí)橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)，小車未到

7、達(dá)兩鐵釘連線，所以正確選項(xiàng)為B.(4)計(jì)算小車獲得的速度應(yīng)在小車勻速運(yùn)動階段，因此應(yīng)取GK段進(jìn)行計(jì)算(5)從理論上講，橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wnv.為了驗(yàn)證這個(gè)理論的正確性，取Wn為縱坐標(biāo)，v為橫坐標(biāo)，用描點(diǎn)法作出圖線如圖所示，在誤差允許的范圍內(nèi)，圖象是經(jīng)過原點(diǎn)的一條直線，說明Wn與v成正比【題后總結(jié)】描點(diǎn)作圖的注意問題：(1)合理選取橫、縱坐標(biāo)(一般應(yīng)使圖線理論上為一直線)；(2)合理選取標(biāo)度，根據(jù)題目中所給數(shù)據(jù)選取標(biāo)度使所作圖線大致占滿整個(gè)坐標(biāo)紙；(3)畫直線(或光滑曲線)時(shí)要使各點(diǎn)均勻分布在圖線的兩側(cè)，并盡量靠近圖線；(4)能辨別明顯誤點(diǎn)并排除【針對訓(xùn)練】1.下圖中

8、所示為與小車相連，穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一條紙帶，紙帶上的點(diǎn)距并不都是均勻的，下面說法中正確的是()紙帶的左端是與小車相連的紙帶的右端是與小車相連的利用E、F、G、H、I、J這些點(diǎn)之間的距離來確定小車的速度利用A、B、C、D這些點(diǎn)之間的距離來確定小車的速度ABC D解析：小車先加速后勻速，加速時(shí)速度小，點(diǎn)子密集，故紙帶右端與小車相連，確定小車速度時(shí)，小車應(yīng)勻速運(yùn)動，故應(yīng)該用A、B、C、D點(diǎn)確定小車速度，故選B.答案：B某同學(xué)在“探究功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過電火花計(jì)時(shí)器先用手提著紙帶，使重物靜止在靠近計(jì)時(shí)器的地方然后接通電源，松開紙帶，讓重物自由下

9、落，計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn)得到的紙帶如圖所示，O點(diǎn)為計(jì)時(shí)器打下的第1個(gè)點(diǎn)，該同學(xué)對數(shù)據(jù)進(jìn)行了下列處理：取OAABBC，并根據(jù)紙帶算出了A、B、C三點(diǎn)的速度分別為vA0.12 m/s，vB0.17 m/s，vC0.21 m/s.根據(jù)以上數(shù)據(jù)你能否大致判斷Wv2?也可根據(jù)Wv2圖象來判斷，如圖答案：見解析【題后總結(jié)】(1)尋求物理量間關(guān)系常用作圖法(2)為直觀尋求物理量間關(guān)系，應(yīng)合理選取坐標(biāo)來表示物理量，使圖線為直線【針對訓(xùn)練】 2.某同學(xué)利用如圖所示裝置探究功與速度變化關(guān)系，已知重錘質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間.如圖所示，打點(diǎn)時(shí)間間隔為T，該同學(xué)讓重錘拖著紙帶由靜止下落，得到一條紙帶如圖

10、，其中O點(diǎn)為初始位置，A、B、C、D、E各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為h1，h2，h3，h4，h5.則：(1)從開始到C點(diǎn)，重力對重物做功為_(2)物體在打C點(diǎn)時(shí)速度為_1關(guān)于探究功與物體速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，下列敘述正確的是()A每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值B每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致C放小車的長木板應(yīng)該盡量使其水平D先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出解析：本實(shí)驗(yàn)沒有必要測出橡皮筋做功的具體數(shù)值，只要測出以后各次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋做的功是第一次的多少倍就足夠了，選項(xiàng)A錯(cuò)每次實(shí)驗(yàn)橡皮筋拉伸的長度必須保持一致，只有這樣才能保證以后各次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋做的功是第一次的整數(shù)倍

11、，否則，功的數(shù)值難以測定，選項(xiàng)B錯(cuò)小車運(yùn)動中會受到摩擦阻力，應(yīng)使木板傾斜到一定程度以平衡摩擦力，從而減小誤差，選項(xiàng)C錯(cuò)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開始工作，然后再讓小車在橡皮筋的作用下彈出，選項(xiàng)D正確答案：D2在教材實(shí)驗(yàn)中，小車會受到阻力，可以使木板稍微傾斜作為補(bǔ)償，則下面操作正確的是()A放開小車，能夠自由下滑即可B放開小車，能夠勻速下滑即可C放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可D放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可解析：為了找到彈力做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，根據(jù)控制變量法，必須盡量避免其他力做功，或使其他力(當(dāng)然包括紙帶對小車的阻力)做的總功為零，所以正確選項(xiàng)為D.答案：D3某

12、同學(xué)想利用自由落體運(yùn)動“探究功與速度變化的關(guān)系”，實(shí)驗(yàn)中，下列四組物理量中需要直接或間接測量的量有()A重錘的質(zhì)量B重力加速度C重錘下落的高度D與重錘下落高度對應(yīng)的重錘的瞬時(shí)速度解析：物體受力不變，可以利用下落高度關(guān)系代表功的關(guān)系，所以必須測量下落高度，再利用下落高度計(jì)算對應(yīng)各點(diǎn)的瞬時(shí)速度，故C、D對，A、B錯(cuò)答案：CD4如圖所示，小車的運(yùn)動情況可描述為：A、B之間為_運(yùn)動，C、D之間為_運(yùn)動在探究功與速度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用_段測速度解析：紙帶上的數(shù)據(jù)反映了小車的運(yùn)動情況由A到B之間可以看出，相鄰兩點(diǎn)間的位移越來越大，說明A到B這一段時(shí)間內(nèi)小車所做的運(yùn)動為加速運(yùn)動，而C、D之間各時(shí)間間隔內(nèi)的位移

13、相等，故C、D之間小車的運(yùn)動可看做勻速直線運(yùn)動，所以測速度應(yīng)用CD段答案：加速勻速直線CD5某同學(xué)為探究“恒力做功與物體動能改變的關(guān)系”，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，他的操作步驟是：擺好實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示將質(zhì)量為200 g的小車?yán)酱螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，并按住小車在質(zhì)量為10 g、30 g、50 g的三種鉤碼中，他挑選了一個(gè)質(zhì)量為50 g的鉤碼掛在拉線的掛鉤P上釋放小車，打開電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，打出一條紙帶(1)在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條，經(jīng)測量、計(jì)算，得到如下數(shù)據(jù)：第一個(gè)點(diǎn)到第N個(gè)點(diǎn)的距離為40.0 cm.打下第N點(diǎn)時(shí)小車的速度大小為1.00 m/s.該同學(xué)將鉤碼的重力當(dāng)做小車所受的拉力，

14、算出拉力對小車做的功為_J，小車動能的增量為_J.(2)此次實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果，他沒能得到“恒力對物體做的功，等于物體動能的增量”，且誤差很大顯然，在實(shí)驗(yàn)探究過程中忽視了各種產(chǎn)生誤差的因素請你根據(jù)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置和操作過程幫助分析一下，造成較大誤差的主要原因是：_.(2)誤差很大的可能原因：小車質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量，使鉤碼的重力與小車受到的線的拉力差別較大；沒有平衡摩擦力；先放小車后開電源，使打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)，小車已有一定的初速度答案：(1)0.1960.100(2)小車質(zhì)量沒有遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量；沒有平衡摩擦力；操作錯(cuò)誤；先放小車后接通電源6為了探究恒力作用時(shí)的功與速度關(guān)系，某同學(xué)做了如下實(shí)驗(yàn)，他讓滑

15、塊在某一水平面上滑行，利用速度采集器獲取其初速度v，并測量出不同初速度的最大滑行距離x，得到下表所示幾組數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù)組123456v/(ms1)00.160.190.240.300.49x/m00.0450.0750.1110.1630.442(1)一同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，作出xv圖象如圖甲所示觀察該圖象，該同學(xué)作出如下推理：根據(jù)xv圖象大致是一條拋物線，可以猜想，x可能與v2成正比請?jiān)趫D乙所示坐標(biāo)紙上選擇適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸作出圖線驗(yàn)證該同學(xué)的猜想(2)根據(jù)你所作的圖象，你認(rèn)為滑塊滑行的最大距離x與滑塊初速度平方v2的關(guān)系是_ _.解析：(1)如圖所示(2)xv2圖線是過原點(diǎn)的直線，所以滑塊滑行的最大距離x與滑塊初速度平方v2成正比答案：見解析