高中物理 76 實驗 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)實驗：探究功與速度變化的關(guān)系一、實驗?zāi)康捏w驗和經(jīng)歷探究功與速度變化(或動能變化)關(guān)系過程二、實驗原理讓橡皮筋拉動小車運動一定的位移，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、實驗器材木板、小車、橡皮筋、打點計時器(或電火花計時器)、電源、紙帶等四、實驗步驟1按如圖所示安裝好實驗儀器2第一次先用一條橡皮筋做實驗，用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1，設(shè)此時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驗，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算本實驗巧妙地回避了功的計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，各次實驗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)系因為圖象上的直線關(guān)系最容易判斷兩個物理量間的關(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)描點時既要觀察各點的位置關(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1本實驗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為了減小小車在運動中因受摩擦力帶來的誤差，可在長木板有打點計時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動時可以保持勻速直線運動，此時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，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驗的影響；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；三是紙帶上點的間距測量也會帶來誤差八、實驗結(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”的實驗，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，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(1)除了圖中已有的實驗器材外，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動，當(dāng)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(4)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(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)下面是本實驗的數(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個間隔個間隔距離距離x(m)10個間隔個間隔時間時間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，并驗證理論的正確性解析：(1)要使打點計時器工作，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，小車速度最大時橡皮筋的拉力與摩擦力相等，則此時橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)，小車未到

7、達(dá)兩鐵釘連線，所以正確選項為B.(4)計算小車獲得的速度應(yīng)在小車勻速運動階段，因此應(yīng)取GK段進(jìn)行計算(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.為了驗證這個理論的正確性，取Wn為縱坐標(biāo)，v為橫坐標(biāo)，用描點法作出圖線如圖所示，在誤差允許的范圍內(nèi)，圖象是經(jīng)過原點的一條直線，說明Wn與v成正比【題后總結(jié)】描點作圖的注意問題：(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坐標(biāo)紙；(3)畫直線(或光滑曲線)時要使各點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，穿過打點計時器的一條紙帶，紙帶上的點距并不都是均勻的，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這些點之間的距離來確定小車的速度利用A、B、C、D這些點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，加速時速度小，點子密集，故紙帶右端與小車相連，確定小車速度時，小車應(yīng)勻速運動，故應(yīng)該用A、B、C、D點確定小車速度，故選B.答案：B某同學(xué)在“探究功與速度變化的關(guān)系”實驗中，設(shè)計了如圖所示的實驗將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過電火花計時器先用手提著紙帶，使重物靜止在靠近計時器的地方然后接通電源，松開紙帶，讓重物自由下

9、落，計時器就在紙帶上打下一系列小點得到的紙帶如圖所示，O點為計時器打下的第1個點，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，打點時間間隔為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點為初始位置，A、B、C、D、E各點到O點的距離分別為h1，h2，h3，h4，h5.則：(1)從開始到C點，重力對重物做功為_(2)物體在打C點時速度為_1關(guān)于探究功與物體速度變化的關(guān)系實驗中，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功的具體數(shù)值，只要測出以后各次實驗時橡皮筋做的功是第一次的多少倍就足夠了，選項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的整數(shù)倍

11、，否則，功的數(shù)值難以測定，選項B錯小車運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C錯實驗時，應(yīng)該先接通電源，讓打點計時器開始工作，然后再讓小車在橡皮筋的作用下彈出，選項D正確答案：D2在教材實驗中，小車會受到阻力，可以使木板稍微傾斜作為補償，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，所以正確選項為D.答案：D3某

12、同學(xué)想利用自由落體運動“探究功與速度變化的關(guān)系”，實驗中，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，再利用下落高度計算對應(yīng)各點的瞬時速度，故C、D對，A、B錯答案：CD4如圖所示，小車的運動情況可描述為：A、B之間為_運動，C、D之間為_運動在探究功與速度關(guān)系的實驗中應(yīng)用_段測速度解析：紙帶上的數(shù)據(jù)反映了小車的運動情況由A到B之間可以看出，相鄰兩點間的位移越來越大，說明A到B這一段時間內(nèi)小車所做的運動為加速運動，而C、D之間各時間間隔內(nèi)的位移

13、相等，故C、D之間小車的運動可看做勻速直線運動，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)計了如下實驗，他的操作步驟是：擺好實驗裝置如圖所示將質(zhì)量為200 g的小車?yán)酱螯c計時器附近，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，打開電磁打點計時器的電源，打出一條紙帶(1)在多次重復(fù)實驗得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條，經(jīng)測量、計算，得到如下數(shù)據(jù)：第一個點到第N個點的距離為40.0 cm.打下第N點時小車的速度大小為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)此次實驗探究結(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，在實驗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)的實驗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，使打第一個點時，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；操作錯誤；先放小車后接通電源6為了探究恒力作用時的功與速度關(guān)系，某同學(xué)做了如下實驗，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成正比請在圖乙所示坐標(biāo)紙上選擇適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸作出圖線驗證該同學(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