物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 6 實(shí)驗(yàn)探究功與速度變化的關(guān)系 新人教版必修2

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1、6實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系1領(lǐng)會(huì)探究功與速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，經(jīng)歷探究學(xué)習(xí)的情感體驗(yàn)過(guò)程2知道用一根橡皮筋所做的功為“單位的功”，理解小車做勻速運(yùn)動(dòng)階段測(cè)量速度比較合理3能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，會(huì)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，理解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)尋找W與v的關(guān)系的方法教學(xué)目標(biāo)【重點(diǎn)】學(xué)習(xí)探究功與速度變化關(guān)系的物理方法，并會(huì)利用圖像法處理數(shù)據(jù)【難點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法圖像法重點(diǎn)難點(diǎn)本節(jié)是一節(jié)探究實(shí)驗(yàn)課在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索、收集數(shù)據(jù)時(shí)，需要考慮什么是有價(jià)值的數(shù)據(jù)，用什么方法來(lái)獲得數(shù)據(jù)，以及如何證明這些數(shù)據(jù)是可靠的在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，操作應(yīng)規(guī)范；在收集數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)實(shí)事求是，堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度對(duì)實(shí)驗(yàn)所得到的結(jié)論要會(huì)判斷是否科

2、學(xué)，判斷的標(biāo)準(zhǔn)就是看其是否具有重復(fù)性，即不論由哪位同學(xué)來(lái)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，也不論做幾次，在允許的誤差范圍內(nèi)結(jié)果都應(yīng)該是相同的教學(xué)建議過(guò)去我們強(qiáng)調(diào)的實(shí)驗(yàn)，主要所指為操作技能，現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)的實(shí)驗(yàn)，除了操作技能外，希望學(xué)生更加重視實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)思想與技能的學(xué)習(xí)比如在探究功與速度變化的關(guān)系時(shí)，并不需要計(jì)算功的具體數(shù)值，原因是什么？在探究之前，要重點(diǎn)掌握本實(shí)驗(yàn)中的探究方法另外用圖像處理數(shù)據(jù)比較形象、直觀，而且誤差也小，所以這種方法必須能夠熟練應(yīng)用.教學(xué)建議【導(dǎo)入一】教師活動(dòng)：前面幾節(jié)課研究了重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系，從而確立了重力勢(shì)能的表達(dá)式探究了彈力做功與彈性勢(shì)能的關(guān)系，從而確立了彈性勢(shì)能的表達(dá)式這一節(jié)和下一節(jié)我

3、們來(lái)探究功與物體動(dòng)能的關(guān)系我們知道物體的動(dòng)能和速度有關(guān)，我們還不能馬上研究力對(duì)物體做的功和動(dòng)能的關(guān)系，我們先來(lái)研究力對(duì)物體做的功和速度變化的關(guān)系新課導(dǎo)入【導(dǎo)入二】在很早的時(shí)候人們就認(rèn)識(shí)到，要想使物體運(yùn)動(dòng)是要付出代價(jià)的在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中我們也經(jīng)常遇到這樣的例子：要想使汽車運(yùn)動(dòng)起來(lái)是要消耗汽油的；要想使火箭獲得一個(gè)很大的速度，從而飛向太空，這同樣要消耗大量的燃料；要想使鉛球、鐵餅等物體獲得初速度從而把它們投擲出去，這也需要運(yùn)動(dòng)員耗費(fèi)大量的體力以上各種現(xiàn)象中，要使物體獲得的速度越大，需要付出的代價(jià)越高，這說(shuō)明了什么物理問(wèn)題？新課導(dǎo)入學(xué)習(xí)互動(dòng)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?領(lǐng)會(huì)“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，經(jīng)歷

4、探究學(xué)習(xí)的情感體驗(yàn)過(guò)程2知道用一根橡皮筋所做的功為“單位的功”，理解在小車做勻速運(yùn)動(dòng)階段時(shí)測(cè)量速度比較合理3能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，會(huì)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，理解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)尋找W與v的關(guān)系的方法學(xué)習(xí)互動(dòng)【實(shí)驗(yàn)原理】讓橡皮筋拉動(dòng)小車做功使小車的速度增加，使拉小車的橡皮筋的條數(shù)由1條變?yōu)?條、3條則橡皮筋對(duì)小車做的功為W、2W、3W通過(guò)對(duì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打紙帶的測(cè)量計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)后小車的速度，最后分析每次做的功與獲得的速度的關(guān)系，總結(jié)出功與獲得的速度的關(guān)系.【實(shí)驗(yàn)器材】木板、橡皮筋(若干)、小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、低壓交流電源、紙帶、刻度尺等學(xué)習(xí)互動(dòng)【實(shí)驗(yàn)步驟】1按如圖761所示安裝好實(shí)驗(yàn)儀器圖7612平衡摩擦力：將安裝

5、有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的長(zhǎng)木板的一端墊起，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連接到小車上，不掛橡皮筋，閉合電源，輕推小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出間隔均勻的點(diǎn)學(xué)習(xí)互動(dòng)3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(cè)出小車獲得的速度v1，設(shè)此時(shí)橡皮筋彈力對(duì)小車做功為W，并將得到的數(shù)據(jù)記入表格4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(zhǎng)度都和第一次相同，讓小車從同一位置由靜止釋放，測(cè)出v2、v3、v4橡皮筋對(duì)小車做功分別為2W、3W、4W將數(shù)據(jù)記入表格5分析數(shù)據(jù)，嘗試作Wv、Wv2等圖像，探究W與v的關(guān)系學(xué)習(xí)互動(dòng)【數(shù)據(jù)處理】1速度數(shù)值的獲得：實(shí)驗(yàn)獲得如圖762所示的紙帶，為探究橡皮筋彈力做功與小車獲得的速

6、度的關(guān)系，需要測(cè)量的是彈力做功結(jié)束時(shí)小車的速度，即小車做勻速運(yùn)動(dòng)的速度所以，應(yīng)該在紙帶上測(cè)量的物理量是圖中A1、A3間的距離x，小車速度的表達(dá)式為vx/2T，其中T是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期，即選擇相鄰距離基本相同的若干點(diǎn)A1、A2、A3來(lái)計(jì)算小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度圖762學(xué)習(xí)互動(dòng)學(xué)習(xí)互動(dòng)【誤差分析】本實(shí)驗(yàn)誤差主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面：1由于忘記平衡摩擦力或沒(méi)有完全平衡摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響；2橡皮筋長(zhǎng)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(lái)誤差；3紙帶上所打點(diǎn)的間距測(cè)量也會(huì)帶來(lái)誤差；4描點(diǎn)不準(zhǔn)帶來(lái)誤差學(xué)習(xí)互動(dòng)【注意事項(xiàng)】1適度平衡小車受到的摩擦力；2每次實(shí)驗(yàn)小車都要從同一位置由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；3

7、應(yīng)選擇粗細(xì)均勻、一致性好的橡皮筋；4橡皮筋的拉伸長(zhǎng)度要適度；5使小車掛住橡皮筋的中點(diǎn)，放正小車，使小車在木板的中間位置沿直線運(yùn)動(dòng).備用習(xí)題1用如圖所示的裝置，探究功與物體速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，先適當(dāng)墊高木板放有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端，然后由靜止釋放小車，小車在橡皮條彈力的作用下被彈出，沿木板滑行小車滑行過(guò)程中帶動(dòng)穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，記錄運(yùn)動(dòng)情況觀察發(fā)現(xiàn)紙帶前面部分點(diǎn)跡疏密不均勻，后面部分點(diǎn)跡比較均勻，回答下列問(wèn)題：(1)適當(dāng)墊高木板放有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端是為了_；(2)通過(guò)紙帶求小車速度時(shí)，應(yīng)使用紙帶的_(選填“全部”“前面部分”或“后面部分”)；備用習(xí)題(3)若實(shí)驗(yàn)做了n次，所用橡皮條分別為1根、

8、2根、n根，通過(guò)紙帶求出小車的速度分別為v1、v2、vn，用W表示橡皮條對(duì)小車所做的功，作出的Wv2圖線是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，這說(shuō)明W與v2的關(guān)系是_答案(1)平衡摩擦力(2)后面部分(3)W與v2成正比備用習(xí)題2“探究彈力做功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，當(dāng)小車在兩條橡皮筋作用下彈出時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W0.當(dāng)用4條、6條、8條橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、第4次實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為2W0、3W0、4W0每次實(shí)驗(yàn)中由靜止彈出的小車獲得的最大速度均可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是()A電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以用直流電源供電，電壓為46VB實(shí)

9、驗(yàn)中使用的若干根橡皮筋的原長(zhǎng)可以不相等C每次實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出備用習(xí)題備用習(xí)題答案(1)CD(2)0.83備用習(xí)題3某同學(xué)為探究“合力做功與物體速度變化的關(guān)系”，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，他的操作步驟是：按圖安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，其中小車質(zhì)量M0.20kg，鉤碼總質(zhì)量m0.05kg.釋放小車，然后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(電源頻率為f50Hz)，打出一條紙帶(1)他在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條，如圖767所示把打下的第一個(gè)點(diǎn)記作0，然后依次取若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出，用厘米刻度尺測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)距離分別為d10.004m，d20.055m，d30.167m，d

10、40.256m，d50.360m，d60.480m，他把鉤碼重力(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.8m/s2)作為小車所受合力算出從打下0點(diǎn)到打下點(diǎn)5過(guò)程合力做功W_J，打下點(diǎn)5時(shí)小車的速度v5_m/s.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)備用習(xí)題(2)此次實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果誤差很大，他沒(méi)能得到“合力對(duì)物體做的功Wv2”的結(jié)論通過(guò)反思，他認(rèn)為產(chǎn)生誤差的原因如下，其中正確的是_A鉤碼質(zhì)量太大，使得合力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多B沒(méi)有平衡摩擦力，使得合力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多C釋放小車和接通電源的次序有誤，使得動(dòng)能增量的測(cè)量值比真實(shí)值偏小D沒(méi)有使用最小刻度為毫米的刻度尺測(cè)距離也是產(chǎn)生此誤差的主要原因備

11、用習(xí)題答案(1)0.1761.12(2)AB備用習(xí)題自我檢測(cè)1(實(shí)驗(yàn)步驟)(多選)如圖763所示，與小車相連且通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一條足夠長(zhǎng)的紙帶上的點(diǎn)間距明顯不均勻，右端間距小，左端間距大，下面的分析和判斷正確的是()圖763A若左端與小車相連，可能平衡摩擦力時(shí)，木板傾斜度太大B若右端與小車相連，可能平衡摩擦力時(shí)，木板傾斜度太大C若左端與小車相連，可能小車有一定的初速度，實(shí)驗(yàn)前忘記或沒(méi)有完全平衡摩擦力D若右端與小車相連，可能實(shí)驗(yàn)前忘記或沒(méi)有完全平衡摩擦力自我檢測(cè)答案BC解析若紙帶左端與小車相連，從紙帶上點(diǎn)的間距可以判斷小車做減速運(yùn)動(dòng)，小車有一定初速度，減速原因可能是實(shí)驗(yàn)前忘記或沒(méi)有完全平衡摩擦力

12、，C項(xiàng)正確，A項(xiàng)錯(cuò)誤；若紙帶右端與小車相連，小車一直做加速運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明可能平衡摩擦力時(shí)，木板傾角太大，B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤自我檢測(cè)2(綜合應(yīng)用)某同學(xué)用如圖764所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)圖中A為小車，連接在小車后面的紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B的限位孔，它們均置于長(zhǎng)木板上實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、3W 通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車獲得的速度v1、v2、v3請(qǐng)回答下面幾個(gè)問(wèn)題：(1)在本實(shí)驗(yàn)中，小車會(huì)受到阻力的作用，這時(shí)需要使木板傾斜作為補(bǔ)償，下列操作正確的是_(填選項(xiàng)前的字母)圖764自我檢測(cè)A不掛橡皮筋，輕輕推一下小車，使小車能夠加速

13、下滑即可B不掛橡皮筋，輕輕推一下小車，使小車能夠勻速下滑即可C小車在橡皮筋的拉力作用下，能夠加速下滑即可D小車在橡皮筋的拉力作用下，能夠勻速下滑即可(2)用一根橡皮筋套住小車，拉至某個(gè)位置，先接通電源再釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電周期為0.02s得到的其中一條紙帶如圖765所示，應(yīng)選圖中的_(選填“AB”或“CD”)段來(lái)計(jì)算小車的速度v，計(jì)算結(jié)果為v_m/s.圖765自我檢測(cè)(3)本實(shí)驗(yàn)使用的橡皮筋總數(shù)是6根，實(shí)驗(yàn)中W、v、v2的數(shù)據(jù)已記錄在下面表格中，并根據(jù)數(shù)據(jù)畫出了Wv和Wv2圖像如圖766所示甲、乙兩個(gè)圖像中，_(選填“甲”或“乙”)可以比較直觀地

14、得出功與速度變化的關(guān)系W/W v/(ms1) v2/(m2s2)00010.800.6421.101.2131.351.8241.552.4051.732.9961.893.57圖766自我檢測(cè)答案(1)B(2)CD0.36(3)乙自我檢測(cè)3(綜合應(yīng)用)某同學(xué)探究合力做的功和物體速度變化的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置如圖767所示，小車在橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行用1條橡皮筋時(shí)對(duì)小車做的功記為W，當(dāng)用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致實(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(cè)出(1)木板水平放置，小車在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，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(shuō)法正確的是_(填選項(xiàng)前的字母)圖767自我檢測(cè)A橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)B橡皮筋恰好恢復(fù)原長(zhǎng)C小車恰好運(yùn)動(dòng)到兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處D小車已超過(guò)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線(2)圖768是某次操作正確的情況下，電源頻率為50Hz時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條紙帶，為了測(cè)量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_(選填“AF”或“FI”)部分進(jìn)行測(cè)量，速度大小為_(kāi)m/s.圖768自我檢測(cè)答案(1)A(2)FI0.76