2018年高中物理 第七章 機械能守恒定律 7.6 實驗探究功與速度變化的關(guān)系課件 新人教版必修2.ppt

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6.實驗:探究功與速度變化的關(guān)系,自我檢測,自主閱讀,一、探究思路1.簡述本實驗的探究思路。答案:平板上的小車在力的作用下從靜止開始運動,測量力的大小及小車在力的作用下運動的距離,可以計算力做的功。改變力的大小,或者改變小車在力的作用下運動的距離,力對小車做的功不同,小車獲得的速度就會不同,由此得到功與速度的幾組數(shù)據(jù)。2.怎樣探究功與速度的關(guān)系?答案:以牽引力對小車做的功W為縱坐標,小車獲得的速度v為橫坐標,作出W-v圖象,即功—速度圖象,分析這個圖象,可以了解兩者的定量關(guān)系。,自我檢測,自主閱讀,3.常見的兩種實驗方案(1)方案一:由重物通過滑輪牽引小車。改變重物的質(zhì)量或者改變小車運動的距離,也就改變了牽引力做的功,從而探究牽引力做的功與小車獲得的速度間的關(guān)系。(2)方案二:使小車在橡皮筋的作用下彈出。改變橡皮筋的條數(shù)并使小車從同樣的位置被彈出;測出小車被彈出后的速度,尋找牽引力對小車做的功與小車速度的關(guān)系。,,,,自我檢測,自主閱讀,二、操作與作圖的技巧1.實驗中怎樣平衡摩擦阻力?滿足什么條件可以認為已經(jīng)平衡了摩擦阻力?答案:使木板略微傾斜,以補償摩擦阻力的影響。不掛重物時,若小車拖動紙帶打出的點跡是均勻分布的,可以認為已經(jīng)平衡了摩擦阻力。2.在第二個方案中,難以測量橡皮筋的功,怎樣選取作圖的單位?答案:用一根橡皮筋的功作為單位,當用兩根橡皮筋時就用兩個功單位表示,依次類推。,自我檢測,自主閱讀,三、數(shù)據(jù)的處理1.如果作出的功—速度曲線是一條直線,表明牽引力做的功與小車獲得的速度的關(guān)系是正比關(guān)系。2.實驗中如何進行數(shù)據(jù)處理會更簡單直觀?答案:先對測量數(shù)據(jù)進行估計,或者作個W-v草圖,大致判斷兩個量可能什么關(guān)系。然后根據(jù)自己的判斷作出相應(yīng)的關(guān)系圖象,最后作出一條直線。,,自我檢測,自主閱讀,1.正誤辨析(1)用橡皮筋做實驗時,橡皮筋的彈力做功可以用公式W=Fl計算。()解析:橡皮筋的彈力是變力,不能用公式W=Fl計算功。答案:(2)實驗中平衡摩擦力時,若紙帶上打出的點越來越密,就應(yīng)調(diào)大斜面傾角。()答案:√(3)實驗中使用的若干條橡皮筋的原長可以不相等。()解析:為了保證實驗中橡皮筋做的功與條數(shù)成正比,橡皮筋的規(guī)格必須是相同的。答案:,自我檢測,自主閱讀,2.由于橡皮筋彈力隨其形變量而變,那么如何處理橡皮筋對小車做的功?答案:可用多根相同的橡皮筋每次拉長都一樣,這樣做功就是W與nW之間的關(guān)系。,自我檢測,自主閱讀,3.方案二實驗中若不平衡摩擦力,紙帶上的點會是什么樣的?平衡摩擦力后,紙帶上的點又會是什么樣的?答案:若不平衡摩擦力,小車在開始時受橡皮筋的彈力和摩擦力。拉力逐漸變小,摩擦力不變。在兩個力相等前做加速度越來越小的加速運動,兩力相等時速度達到最大,之后兩力的合力方向與速度方向相反,做加速度越來越大的減速運動,當橡皮筋恢復(fù)原長后僅受摩擦力,做勻減速直線運動。故紙帶上的點是兩頭密、中間疏,幾乎找不到間距相等的點。平衡摩擦后,小車開始做加速度越來越小的加速運動,橡皮筋恢復(fù)原長后做勻速直線運動。故點跡是開始密,越來越疏,之后間距相等。,知識點一,知識點二,問題導(dǎo)引實驗方案如圖所示,由重物通過滑輪牽引小車運動,實驗需要滿足什么條件才能把重物所受的重力當作小車受到的牽引力?如何測量牽引力的功?要點提示小車的質(zhì)量比重物的質(zhì)量大很多。測出重物的質(zhì)量,從打點計時器打出的紙帶測量出小車運動的距離,就可以計算牽引力做的功。,知識點一,知識點二,知識歸納1.實驗步驟(1)按如圖所示安裝好實驗儀器。(2)平衡摩擦力:將安裝有打點計時器的長木板的一端墊高,讓紙帶穿過打點計時器連在小車后端,不掛鉤碼,接通電源,輕推小車,直到打點計時器在紙帶上打出間隔均勻的點為止。(3)在小車中放入砝碼,把紙帶穿過打點計時器,連在小車后端,用細線繞過滑輪連接小車和鉤碼。(4)將小車停在打點計時器附近,先接通電源,再釋放小車,小車運動一段時間后,關(guān)閉打點計時器電源。(5)改變鉤碼的數(shù)量,更換紙帶重復(fù)(4)的操作。,知識點一,知識點二,2.數(shù)據(jù)處理(1)選取點跡清晰的紙帶,選紙帶上第一個點及距離第一個點較遠的點,并依次標上0、1、2、3…。(2)測出0到點1、點2、點3…的距離,即對應(yīng)的小車的位移x1、x2、x3…,利用公式求出點1、點2、點3…對應(yīng)的瞬時速度v1、v2、v3…。(3)確定此紙帶所掛的鉤碼的重力G,利用Wn=Gxn,分別求出小車的位移為x1、x2、x3…時牽引力所做的功W1、W2、W3…。(4)先對測量數(shù)據(jù)進行估算,或作W-v草圖,大致判斷兩個量可能的關(guān)系,如果認為是W∝v2(或其他),然后以W為縱坐標,v2(或其他)為橫坐標作圖,從而判定結(jié)論。,知識點一,知識點二,3.注意事項(1)平衡摩擦力時,不掛鉤碼,輕推小車后,小車能做勻速直線運動。(2)計算牽引力做功時,可以不必算出具體數(shù)值,只用位移的數(shù)值與符號G的乘積表示即可。,知識點一,知識點二,典例剖析【例1】某實驗小組采用如圖甲所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系,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,打點計時器的工作頻率為50Hz。,知識點一,知識點二,(1)實驗的部分步驟如下:①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;②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系列點,;③改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量,更換紙帶,重復(fù)②的操作。(2)圖乙是鉤碼質(zhì)量為0.03kg、砝碼質(zhì)量為0.02kg時得到的一條紙帶,在紙帶上選擇起始點O及A、B、C、D、E計數(shù)點,可獲得各計數(shù)點到O的距離x及對應(yīng)時刻小車的瞬時速度v,請將C點的測量結(jié)果填在表中的相應(yīng)位置。,乙,知識點一,知識點二,紙帶的測量結(jié)果(3)本實驗,若用鉤碼的重力表示小車受到的合外力,為了減小這種做法帶來的實驗誤差,應(yīng)采取的兩項措施是:①;②。,知識點一,知識點二,答案:(1)②先接通電源再釋放小車關(guān)閉打點計時器電源(2)5.18(5.16~5.19均可)0.49(3)①平衡摩擦力②鉤碼的重力遠小于小車及砝碼的重力和,知識點一,知識點二,問題導(dǎo)引實驗方案如圖所示,使小車在橡皮筋的作用下彈出,實驗需要滿足什么條件?怎樣比較多次實驗中橡皮筋的功?要點提示每次必須使用相同的橡皮筋,每次拉伸的長度必須相同。滿足上述條件時,每次橡皮筋對小車做的功與橡皮筋的條數(shù)成正比。,知識點一,知識點二,知識歸納1.實驗步驟(1)按圖組裝好實驗儀器,由于小車在運動中會受到阻力,把木板略微傾斜,使小車在木板上勻速運動,以平衡摩擦力。(2)先用一條橡皮筋進行實驗,把橡皮筋拉伸一定長度,理順紙帶,接通電源,放開小車。(3)換用紙帶,改用2條、3條……同樣的橡皮筋進行第2次、第3次……實驗,每次實驗中橡皮筋拉伸的長度都相同。,知識點一,知識點二,(4)由紙帶上點跡均勻部分算出小車獲得的速度,把各次實驗獲得的速度依次記入設(shè)計的表格中。(5)對觀測數(shù)據(jù)進行估計,大致判斷兩個量可能的關(guān)系,然后以W為縱坐標,以v(v2、v3)為橫坐標作圖。2.注意事項(1)實驗時選擇粗細、形狀、長度、材料完全相同的橡皮筋。(2)每次實驗時都讓小車從同一位置由靜止釋放,即保證每次實驗中橡皮筋拉伸的長度都保持一致。(3)實驗中不必測出功的具體數(shù)值,只要測出以后各次實驗時做的功是第一次實驗時的多少倍即可。(4)平衡摩擦力時,不要拴橡皮筋,但應(yīng)連著紙帶且接通電源。(5)打出的紙帶上的點間距并不都是均勻的,應(yīng)選取點間距均勻部分來求小車的速度。,知識點一,知識點二,3.數(shù)據(jù)處理與結(jié)果(1)以拉力(或合力)做的功W為縱坐標,注意單位為一根橡皮筋做的功W0,以v為橫坐標,作出W-v圖象。若如圖甲所示為曲線,嘗試作W-v2圖象。如圖乙,若W-v2圖線為直線,則說明W∝v2。(2)結(jié)論:橡皮筋對小車的拉力(合力)做的功與小車速度的二次方成正比,即W∝v2。,知識點一,知識點二,典例剖析【例2】某實驗小組采用如圖甲所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系,小車在橡皮筋的作用下彈出后,沿木板滑行。打點計時器的工作頻率為50Hz。,(1)實驗中木板略微傾斜,這樣做;A.是為了使釋放小車后,小車能勻加速下滑B.是為了增大小車下滑的加速度C.可使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功D.可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運動,知識點一,知識點二,(2)實驗中先后用同樣的橡皮筋1條、2條、3條……合并起來掛在小車的前端進行多次實驗,每次都要把小車拉到同一位置再釋放。把第1次只掛1條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為W1,第二次掛2條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功為2W1……橡皮筋對小車做功后而使小車獲得的速度可由打點計時器打出的紙帶測出。根據(jù)第四次的紙帶(如圖乙所示)求得小車獲得的速度為m/s。,知識點一,知識點二,(3)若根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的W-v圖象如圖所示,根據(jù)圖線形狀,可知對W與v的關(guān)系符合實際的是圖。,解析:(1)木板傾斜是為了消除摩擦力的影響,可使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功,橡皮筋松弛后小車做勻速運動。(2)小車的速度應(yīng)從勻速運動部分取紙帶,可得小車獲得的速度為2.0m/s。(3)根據(jù)W=mv2,根據(jù)W∝v2,可知應(yīng)選C。答案:(1)CD(2)2.0(3)C,1,2,3,4,5,1.在探究功與速度變化的關(guān)系的實驗中,我們并不需要測出橡皮筋做的功到底是多少,只需測出以后各次實驗時橡皮筋對小車做的功是第一次實驗的多少倍,使用的方法是()A.用同樣的力對小車作用,讓小車通過的距離為s、2s、3s……進行第1次,第2次,第3次……實驗時,力對小車做的功就是W、2W、3W……B.讓小車通過相同的距離,第1次力為F,第2次力為2F,第3次力為3F……實驗時,力對小車做的功就是W、2W、3W……C.選用同樣的橡皮筋,在實驗中每次橡皮筋拉伸的長度保持一致,當用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,橡皮筋對小車做的功就是W、2W、3W……D.利用彈簧測力計測量對小車的拉力F,利用刻度尺測量小車在力的作用下移動的距離s,便可求出每次實驗中力對小車做的功,可控制為W、2W、3W……,1,2,3,4,5,解析:實驗中每次橡皮筋拉伸的長度保持一致,就可以保證每根橡皮筋所產(chǎn)生的拉力相等,且每次實驗時小車在力的方向上發(fā)生的位移相等,再通過改變橡皮筋條數(shù)進行實驗,故C正確。答案:C,1,2,3,4,5,2.(多選)在探究功與速度變化的關(guān)系的實驗中,某同學(xué)在一次實驗中得到了一條如圖所示的紙帶,這條紙帶上的點兩端較密,中間稀疏,出現(xiàn)這種情況的原因可能是()A.電源的頻率不穩(wěn)定B.木板的傾斜程度太大C.沒有使木板傾斜或木板傾斜的程度太小D.小車受到的阻力較大解析:電源頻率不穩(wěn)定的可能性不大,出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是沒有平衡阻力或平衡阻力不夠,以致小車在橡皮筋作用下做加速運動,在橡皮筋恢復(fù)原長以后做減速運動,且受到的阻力較大。故選項C、D正確。答案:CD,1,2,3,4,5,3.關(guān)于探究功與速度變化的關(guān)系實驗,下列敘述正確的是()A.每次實驗必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值B.每次實驗中,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.先接通打點計時器電源,再讓小車在橡皮筋的作用下彈出解析:本實驗沒有必要測出橡皮筋做的功到底是多少焦耳,只要測出以后各次實驗時橡皮筋做的功是第一次實驗時的多少倍就足夠了,A錯;每次實驗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驗時,橡皮筋做的功是第一次實驗時的整數(shù)倍,B錯;小車運動中會受到阻力,只有使長木板傾斜到一定程度,平衡摩擦力,才能減小誤差,C錯;實驗時,應(yīng)該先接通電源,讓打點計時器打點穩(wěn)定,然后再讓小車在橡皮筋的作用下彈出,D正確。答案:D,1,2,3,4,5,4.在探究恒力做功與動能改變的關(guān)系實驗中(裝置如圖甲所示):甲(1)下列說法哪一項是正確的()A.平衡摩擦力時必須將鉤碼通過細線掛在小車上B.為減小系統(tǒng)誤差,應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠大于小車質(zhì)量C.實驗時,應(yīng)使小車靠近打點計時器并由靜止釋放,1,2,3,4,5,(2)圖乙是實驗中獲得的一條紙帶的一部分,選取O、A、B、C計數(shù)點,已知打點計時器使用的交變電流頻率為50Hz,則打B點時小車的瞬時速度大小為m/s(保留三位有效數(shù)字)。乙,1,2,3,4,5,解析:平衡摩擦力的原理就是在沒有拉力的情況下調(diào)整斜面傾角,使小車重力沿木板向下的分力平衡小車和紙帶所受阻力,不應(yīng)掛鉤碼,A錯;為減小系統(tǒng)誤差應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量,B錯;實驗時使小車靠近打點計時器能充分利用紙帶,由靜止釋放則測出的動能即等于該過程的動能變化量,便于利用實驗數(shù)據(jù)進行探究,故選C。(2)據(jù)=0.653m/s可得打B點時小車的瞬時速度。答案:(1)C(2)0.653,1,2,3,4,5,5.在探究恒力做功與物體的速度變化的關(guān)系的實驗中備有下列器材:A.打點計時器;B.天平;C.停表;D.低壓交流電源;E.電池;F.紙帶;G.細線、砝碼、小車、砝碼盤;H.薄木板。(1)其中多余的器材是;缺少的器材是。(2)測量時間的工具是;測量質(zhì)量的工具是。,1,2,3,4,5,(3)如圖所示,打點計時器打出的小車(質(zhì)量為m)在恒力F作用下做勻加速直線運動的紙帶,測量數(shù)據(jù)已用字母表示在圖中,打點計時器的打點周期為T。請分析,利用這些數(shù)據(jù)能否完成探究恒力做功與物體的速度變化的關(guān)系實驗?若不能,請說明理由;若能,請說出做法,并對這種做法做出評價。,1,2,3,4,5,解析:(1)計算小車速度是利用打上點的紙帶,故不需要停表。打點計時器應(yīng)使用低壓交流電源。故多余的器材是C、E;測量點與點之間的距離要用毫米刻度尺,故缺少的器材是毫米刻度尺。(2)測量時間的工具是打點計時器;測量質(zhì)量的工具是天平。(3)能,從A到B的過程中,恒力做的功為WAB=FxAB,A、B兩點的速度可根據(jù)算出。答案:(1)C、E毫米刻度尺(2)打點計時器天平(3)見解析,