2017-2018學年高中物理 第7章 機械能守恒定律 第6節(jié) 實驗：探究功與速度變化的關系課件 新人教版必修2.ppt

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1、第6節(jié)實驗：探究功與速度變化的關系,閱讀教材第6971頁，知道此實驗的原理、實驗器材、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理、誤差分析及實驗應注意的事項。,實驗目的 1.通過實驗探究力對物體做功與物體速度變化的關系。 2.經(jīng)歷探究過程，體會科學方法。,實驗原理 1.功的確定：讓橡皮筋拉動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條則橡皮筋對小車做的功為W、2W、3W,2.速度的計算：通過對打點計時器所打紙帶的測量計算出每次橡皮筋做功結束時小車的速度。 3.分析每次橡皮筋做的功與物體速度的關系，即可總結出功與速度變化的關系。 實驗器材 木板、橡皮筋(若干)、小車、電火花打點計時器(或電磁打點

2、計時器、復寫紙、學生電源)、交流電源、紙帶、刻度尺等。,實驗過程 1.實驗步驟 (1)按如圖1所示安裝好實驗儀器。,圖1,(2)平衡摩擦力：將安裝有__________的長木板的一端墊高，紙帶穿過打點計時器并接在小車后面，不掛橡皮筋，接通電源，輕推小車，直至打點計時器在紙帶上打出間隔____的點。 (3)第一次先用一條橡皮筋做實驗，用打點計時器和紙帶記錄小車的運動情況。 (4)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_______相同，用打點計時器和紙帶記錄小車的運動情況。,打點計時器,均勻,第一次,2.數(shù)據(jù)處理,(1)求小車的最終速度：如圖2所示，測出紙帶上點跡均勻的

3、兩點如A1、A3間的距離x，則小車的速度為v _____。,圖2,直線,誤差分析 1.誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋拉力做的功與橡皮筋的條數(shù)不成正比。 2.誤差的另一主要來源是摩擦力平衡得不合適。 3.利用紙帶確定物體的速度時，點間距測量不準也會帶來誤差。 4.作圖描點不準帶來誤差。,注意事項 1.平衡摩擦力的方法：將木板一端墊高，輕推小車讓其拖動紙帶運動，根據(jù)打點計時器打在紙帶上的點跡是否_____來判斷是否平衡好了摩擦力。 2.測小車速度時，紙帶上的點跡應選_______部分的，也就是選小車做______運動時打的點跡。 3.每次釋放小車時，都要確保讓它從________

4、_由______開始運動。 4.所選橡皮筋的______應一樣，力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計算出具體數(shù)值。,均勻,均勻,勻速,同一位置,靜止,規(guī)格,實驗原理及操作,精典示例,例1 (2017武漢高一檢測)某學習小組做探究“合力的功和物體速度變化關系”的實驗，圖3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打出的紙帶測出。,圖3,(1)除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關、刻度尺和________(

5、選填“交流”或“直流”)電源。 (2)實驗中，小車會受到摩擦力的作用，可以使木板適當傾斜來平衡摩擦力，則下列操作正確的是() 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,(3)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，關于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在位置，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,解析(1)打點計時器使用的是交流電源。 (2)平衡摩擦力的目的是讓拖著紙帶的小車沿木板勻速下滑，即

6、使小車的重力沿木板向下的分力與摩擦力相抵消。 (3)因為木板水平放置，故摩擦力沒有被平衡掉，當小車速度最大時，F(xiàn)彈f，故橡皮筋有彈力，處于伸長狀態(tài)。 答案(1)交流(2)D(3)B,實驗數(shù)據(jù)處理,精典示例,例2 (2017臨沂高一檢測)在做“探究功與物體速度變化的關系”的實驗時，小車的質量為m，橡皮筋6根，每次增加一根，實驗中W、v、v2的數(shù)據(jù)已填在下面表格中。,(1)試在圖中作出圖象。,圖4,(2)從圖象可以得出的實驗結論是_______________________ ___________________________________________________。,解析(1)將表中

7、的數(shù)據(jù)分別描在題圖甲、乙所示的兩個坐標系中，然后在圖甲中用平滑曲線連接，在圖乙中用傾斜直線連接，并且使盡可能多的點分布在曲線上或對稱分布在直線兩側，如圖所示。,(2)從W-v2圖象可看出Wv2。,答案(1)見解析圖(2)Wv2,1.(多選)關于“探究恒力做功與動能變化”的實驗，下列說法中正確的是() A.應調節(jié)定滑輪的高度使細繩與木板平行 B.應調節(jié)定滑輪的高度使細繩保持水平 C.平衡摩擦力時，若紙帶上打出的點越來越密，就應調大斜面傾角 D.平衡摩擦力時，若紙帶上打出的點越來越疏，就應調大斜面傾角 答案AC,2.(多選)(2017濰坊高一檢測)某同學通過數(shù)根相同的橡皮條和打點計時器，來探究橡皮

8、條做功與小車獲得速度之間的關系，得到表中數(shù)據(jù)。則下列說法正確的是(),A.利用改變橡皮條的根數(shù)來改變做功的大小，使做功數(shù)值成倍增加 B.每次改變橡皮條的根數(shù)，不需要將小車拉到相同的位置釋放 C.從表格a列和b列對比，可判斷橡皮條做功與小車速度成正比 D.從表格a列和c列對比，可判斷橡皮條做功與小車速度平方成正比 答案AD,3.某實驗小組的同學采用如圖5甲所示的裝置(實驗中，小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達地面)用打點計時器得到一條紙帶后，通過分析小車位移與速度變化的關系來研究合力對小車所做的功與速度變化的關系，如圖乙是實驗中得到的一條紙帶，點O為紙帶上的起始點，A、B、C是紙帶上的三個連續(xù)的計

9、數(shù)點，相鄰兩個計數(shù)點間均有4個點未畫出，用刻度尺測得A、B、C到O的距離如圖乙所示。已知所用交流電源的頻率為50 Hz，則：,圖5,(1)打B點時，小車的瞬時速度vB________m/s。(結果保留兩位有效數(shù)字),(2)(多選)實驗中，該小組的同學畫出小車位移l與速度v的關系圖象如圖6所示。根據(jù)該圖線形狀，某同學對W與v的關系作出的猜想，肯定不正確的是________。(填寫選項字母代號),圖6,(3)本實驗中，若鉤碼下落高度為h1時合力對小車所做的功為W0，則當鉤碼下落h2時，合力對小車所做的功為______________(用h1、h2、W0表示)。,4.(2017金昌高一檢測)某同學用

10、如圖7所示的裝置探究功與物體速度變化的關系。,圖7,(1)圖中所示的電磁打點計時器，應該配備46 V的________(選填“交流”或“直流”)電源。 (2)實驗中為了平衡小車所受的摩擦力，可將木板的________(選填“左”或“右”)端墊起適當?shù)母叨取?(3)實驗中通過改變橡皮筋的________(選填“長度”或“條數(shù)”)改變功的值。 (4)操作正確的情況下，以功W為縱坐標，以________(選填“v”“v 2”或“ ”)為橫坐標作出的圖線最接近一條傾斜的直線。,解析(1)根據(jù)打點計時器的構造和原理可知，電磁打點計時器使用的是46 V的交流電源。 (2)由圖可知，小車在橡皮筋拉力作用下向

11、右運動，為使橡皮筋做功為合力做功，需要進行平衡摩擦力操作，即需要適當墊高木板的左端。,(3)實驗時，每次保持橡皮筋的形變量一定，當有n根相同橡皮筋并系在小車上時，n根相同橡皮筋對小車做的功就等于系一根橡皮筋時對小車做的功的n倍，這個設計很巧妙地解決了直接去測量力和計算功的困難，故實驗中不需要測出一條橡皮筋對小車做功W的數(shù)值，因此只要改變橡皮筋的條數(shù)，即可改變做功的數(shù)值。 (4)根據(jù)功能關系可知，作出W與v2的關系圖象，圖象為過原點的一條直線，說明功與v2成正比。 答案(1)交流(2)左(3)條數(shù)(4)v2,5.在“探究做功與速度變化的關系”實驗中，常用的兩種實驗方案如圖8所示：甲通過重物提供牽

12、引力，小車在牽引力作用下運動，用打點計時器測量小車的速度，定量計算牽引力所做的功，進而探究牽引力所做功與小車速度的關系；乙通過不同條數(shù)橡皮筋的作用下將小車彈出，用打點計時器測量小車的速度，進而探究橡皮筋對小車所做功與其速度的關系。,圖8,(1)(多選)針對這兩種實驗方案，以下說法正確的是______。 A.甲可以只打一條紙帶研究，而乙必須打足夠多條紙帶才能研究 B.甲中需要平衡小車運動中受到的阻力，而乙中不需要平衡阻力 C.甲中小車質量必須遠大于所掛重物的質量，而乙中小車質量沒有特別的要求 D.乙方案中，換用2根同樣的橡皮筋在同一位置釋放，橡皮筋所做的功與一根橡皮筋拉至伸長量為原來2倍橡皮筋所

13、做的功是一樣的,(2)某同學在實驗中打出的一條紙帶如圖9所示，0、1、27為紙帶上連續(xù)打出的點，打點計時器的電源頻率為50 Hz。根據(jù)這條紙帶，可以判斷他在實驗中采用的方案是________(選填“甲”或“乙”)，實驗中小車失去外力后的速度為________m/s。,圖9,解析(1)甲實驗中根據(jù)打下的一條紙帶，運用勻變速直線運動的推論可求得速度，并能根據(jù)紙帶測量出重物下落的距離，即可進行探究；在乙實驗中，要改變拉力做功時，用不同條數(shù)的橡皮筋且拉到相同的長度，這樣橡皮筋對小車做的功才有倍數(shù)關系，所以必須打足夠多條紙帶才能研究，故A正確；在兩個實驗中，小車下滑時受到重力、細線或橡皮筋的拉力、支持力

14、和摩擦力，要使拉力等于合力，則都要用重力的下滑分量來平衡摩擦力，使得拉力的功等于合力對小車做的功，故B錯誤；在甲實驗中，要用重物的重力替代細線的拉力，必須滿足這個條件：小車質量遠大于所掛重物的質量；而在甲實驗中，小車質量沒有特別的要求，故C正確；由橡皮筋伸長量越大，拉力越大，在乙實驗中，換用2根同樣的橡皮筋在同一位置釋放，若橡皮筋伸長量變?yōu)樵瓉淼?倍，則橡皮筋做功增加，大于原來的2倍，故D錯誤；故選A、C。,答案(1)AC(2)乙1.75,6.某同學利用圖10甲探究力對物體做的功與物體速度的關系，得到了表中的數(shù)據(jù)：,(注：每條橡皮筋拉長的長度都一樣),圖10,(1)由表可得出定性結論：____

15、_____________________ ______________________________________________。 (2)設一條橡皮筋拉長到固定長度所做功為W0，大致畫出橡皮筋所做的功W與小車速度v的圖象。(畫在圖乙中) (3)由圖大致可判斷出W與v的關系是__________________。 (4)填寫表中的空白部分。,解析每條橡皮筋拉長的長度都一樣，一條橡皮筋拉長到固定長度所做的功為W0，則做功與拉長橡皮筋條數(shù)成正比，第2、3、4、5次拉長橡皮筋做功應分別為3W0、4W0、5W0、7W0。 (1)定性結論：小車獲得的速度與橡皮筋做的功有關，并且做功越大，小車獲得的速度越大。,(2)W與v關系的圖象為拋物線，如圖所示。,(3)Wv2。,(4)如表。,答案見解析,