2019_20學(xué)年高中物理第七章6.實(shí)驗(yàn)探究功與速度變化的關(guān)系課件新人教版必修.pptx

6.實(shí)驗(yàn):探究功與速度變化的關(guān)系,自我檢測(cè),自主梳理,一、探究思路 1.本實(shí)驗(yàn)的探究思路:平板上的小車在力的作用下從靜止開始運(yùn)動(dòng),用橡皮筋的彈力作為合力,依次測(cè)量出完全相同的橡皮筋由于個(gè)數(shù)不同而對(duì)小車做的功W,2W,3W,及小車獲得的速度v1,v2,v3。 2.探究功與速度的關(guān)系:以牽引力對(duì)小車做的功W為縱坐標(biāo),小車獲得的速度v為橫坐標(biāo),作出W-v圖象,分析這個(gè)圖象,可以了解兩者的定量關(guān)系。,自我檢測(cè),自主梳理,3.常見的兩種實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)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(cè)出小車被彈出后的速度,尋找牽引力對(duì)小車做的功與小車速度的關(guān)系。,自我檢測(cè),自主梳理,二、操作與作圖的技巧 1.平衡摩擦阻力:不掛重物時(shí),使木板略微傾斜,若小車拖動(dòng)紙帶打出的點(diǎn)跡是均勻分布的,可以認(rèn)為已經(jīng)平衡了摩擦阻力。 2.第二個(gè)方案中的作圖技巧:在第二個(gè)方案中,難以測(cè)量橡皮筋的功。用一根橡皮筋的功作為單位,當(dāng)用兩根橡皮筋時(shí)就用兩個(gè)功單位表示,依次類推。 三、數(shù)據(jù)的處理 先對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì),或者作個(gè)W-v草圖,大致判斷兩個(gè)量可能是什么關(guān)系。如果認(rèn)為很可能是Wv2,就以W為縱坐標(biāo),v2為橫坐標(biāo)作圖。如果這樣作出的圖象是一條直線,說明兩者關(guān)系真的是Wv2。,自我檢測(cè),自主梳理,正誤辨析 (1)用橡皮筋做實(shí)驗(yàn)時(shí),橡皮筋的彈力做功可以用公式W=Fl計(jì)算。( ) 解析:橡皮筋的彈力是變力,不能用公式W=Fl計(jì)算功。 答案: (2)實(shí)驗(yàn)中平衡摩擦力時(shí),若紙帶上打出的點(diǎn)越來越密,就應(yīng)調(diào)大斜面傾角。( ) 答案: (3)實(shí)驗(yàn)中使用的若干條橡皮筋的原長(zhǎng)可以不相等。( ) 解析:為了保證實(shí)驗(yàn)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: (4)可用n根相同的橡皮筋每次拉長(zhǎng)都一樣,這樣做功就是W與nW之間的關(guān)系。 ( ) 答案:,探究一,探究二,情景導(dǎo)引 實(shí)驗(yàn)方案如圖所示,由重物通過滑輪牽引小車運(yùn)動(dòng),實(shí)驗(yàn)需要滿足什么條件才能把重物所受的重力當(dāng)作小車受到的牽引力?如何測(cè)量牽引力的功? 要點(diǎn)提示小車的質(zhì)量比重物的質(zhì)量大很多。測(cè)出重物的質(zhì)量,從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測(cè)量出小車運(yùn)動(dòng)的距離,就可以計(jì)算牽引力做的功。,借助恒力做功探究功與速度變化的關(guān)系,隨堂檢測(cè),知識(shí)歸納 1.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)按如圖所示安裝好實(shí)驗(yàn)儀器。 (2)平衡摩擦力:將安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的長(zhǎng)木板的一端墊高,讓紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連在小車后端,不掛鉤碼,接通電源,輕推小車,直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出間隔均勻的點(diǎn)為止。 (3)在小車中放入砝碼,把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,連在小車后端,用細(xì)線繞過滑輪連接小車和鉤碼。 (4)將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近,先接通電源,再釋放小車,小車運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后,關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源。 (5)改變鉤碼的數(shù)量,更換紙帶重復(fù)(4)的操作。,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,2.數(shù)據(jù)處理 (1)選取點(diǎn)跡清晰的紙帶,選紙帶上第一個(gè)點(diǎn)及距離第一個(gè)點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn),并依次標(biāo)上0、1、2、3。 (2)測(cè)出0到點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3的距離,即對(duì)應(yīng)的小車的位移x1、x2、x3,利用公式 求出點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)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(shí)牽引力所做的功W1、W2、W3。 (4)先對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行估算,或作W-v草圖,大致判斷兩個(gè)量可能的關(guān)系,如果認(rèn)為是Wv2(或其他),然后以W為縱坐標(biāo),v2(或其他)為橫坐標(biāo)作圖,從而判定結(jié)論。,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,3.注意事項(xiàng) (1)平衡摩擦力時(shí),不掛鉤碼,輕推小車后,小車能做勻速直線運(yùn)動(dòng)。 (2)計(jì)算牽引力做功時(shí),可以不必算出具體數(shù)值,只用位移的數(shù)值與重力G的乘積表示即可。,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,典例剖析 例1某實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中,小車碰到制動(dòng)裝置時(shí),鉤碼尚未到達(dá)地面,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 Hz。,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,(1)實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下: 在小車中放入砝碼,把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,連在小車后端,用細(xì)線連接小車和鉤碼; 將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近, , ,小車拖動(dòng)紙帶,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn), ; 改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量,更換紙帶,重復(fù)的操作。 (2)圖乙是鉤碼質(zhì)量為0.03 kg、砝碼質(zhì)量為0.02 kg時(shí)得到的一條紙帶,在紙帶上選擇起始點(diǎn)O及A、B、C、D、E計(jì)數(shù)點(diǎn),可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離x及對(duì)應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度v,請(qǐng)將C點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果填在表中的相應(yīng)位置。,乙,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,紙帶的測(cè)量結(jié)果 (3)本實(shí)驗(yàn),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(shí)驗(yàn)誤差,應(yīng)采取的兩項(xiàng)措施是: ; 。,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,答案:(1)先接通電源 再釋放小車 關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源 (2)5.18(5.165.19均可) 0.49 (3)平衡摩擦力 鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車及砝碼的重力和,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,情景導(dǎo)引 實(shí)驗(yàn)方案如圖所示,使小車在橡皮筋的作用下彈出,實(shí)驗(yàn)需要滿足什么條件?怎樣比較多次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的功? 要點(diǎn)提示每次必須使用相同的橡皮筋,每次拉伸的長(zhǎng)度必須相同。滿足上述條件時(shí),每次橡皮筋對(duì)小車做的功與橡皮筋的條數(shù)成正比。,借助變力做功探究功與速度變化的關(guān)系,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,知識(shí)歸納 1.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)按圖組裝好實(shí)驗(yàn)儀器,由于小車在運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力,把木板略微傾斜,使小車在木板上勻速運(yùn)動(dòng),以平衡摩擦力。 (2)先用一條橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn),把橡皮筋拉伸一定長(zhǎng)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(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn),每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都相同。,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,(4)由紙帶上點(diǎn)跡均勻部分算出小車獲得的速度,把各次實(shí)驗(yàn)獲得的速度依次記入設(shè)計(jì)的表格中。 (5)對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì),大致判斷兩個(gè)量可能的關(guān)系,然后以W為縱坐標(biāo),以v(v2、v3)為橫坐標(biāo)作圖。 2.注意事項(xiàng) (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇粗細(xì)、形狀、長(zhǎng)度、材料完全相同的橡皮筋。 (2)每次實(shí)驗(yàn)時(shí)都讓小車從同一位置由靜止釋放,即保證每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都保持一致。 (3)實(shí)驗(yàn)中不必測(cè)出功的具體數(shù)值,只要測(cè)出以后各次實(shí)驗(yàn)時(shí)做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的多少倍即可。 (4)平衡摩擦力時(shí),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(diǎn)間距并不都是均勻的,應(yīng)選取點(diǎn)間距均勻部分來求小車的速度。,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,3.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(biāo),注意單位為一根橡皮筋做的功W0,以v為橫坐標(biāo),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Wv2。 (2)結(jié)論:橡皮筋對(duì)小車的拉力(合力)做的功與小車速度的二次方成正比,即Wv2。,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,典例剖析 例2 某實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 Hz。,(1)實(shí)驗(yàn)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(duì)小車做的功 D.可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運(yùn)動(dòng),隨堂檢測(cè),探究一,探究二,(2)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),每次都要把小車?yán)酵晃恢迷籴尫?。把?次只掛1條橡皮筋時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功記為W1,第二次掛2條橡皮筋時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為2W1橡皮筋對(duì)小車做功后而使小車獲得的速度可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測(cè)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。,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,(3)若根據(jù)多次測(cè)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(duì)W與v的關(guān)系符合實(shí)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(duì)小車做的功,橡皮筋松弛后小車做勻速運(yùn)動(dòng)。 (2)小車的速度應(yīng)從勻速運(yùn)動(dòng)部分取紙帶,可得小車獲得的速度為2.0 m/s。 (3)根據(jù)W= mv2,得Wv2,所以應(yīng)選C。 答案:(1)CD (2)2.0 (3)C,隨堂檢測(cè),1.在探究功與速度變化的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中,我們并不需要測(cè)出橡皮筋做的功到底是多少,只需測(cè)出以后各次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功是第一次實(shí)驗(yàn)的多少倍,使用的方法是( ) A.用同樣的力對(duì)小車作用,讓小車通過的距離為s、2s、3s進(jìn)行第1次,第2次,第3次實(shí)驗(yàn)時(shí),力對(duì)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(shí)驗(yàn)時(shí),力對(duì)小車做的功就是W、2W、3W C.選用同樣的橡皮筋,在實(shí)驗(yàn)中每次橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保持一致,當(dāng)用1條、2條、3條同樣的橡皮筋進(jìn)行第1次、第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí),橡皮筋對(duì)小車做的功就是W、2W、3W D.利用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量對(duì)小車的拉力F,利用刻度尺測(cè)量小車在力的作用下移動(dòng)的距離s,便可求出每次實(shí)驗(yàn)中力對(duì)小車做的功,可控制為W、2W、3W,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),解析:實(shí)驗(yàn)中每次橡皮筋拉伸的長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)時(shí)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(jìn)行實(shí)驗(yàn),故C正確。 答案:C,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,隨堂檢測(cè),2.某校物理實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的裝置探究“功與速度變化的關(guān)系”,關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作,下列說法不正確的是( ) A.為消除摩擦力的影響,提高實(shí)驗(yàn)的精確度,必須先將紙帶穿過計(jì)時(shí)器連到小車上,再改變木板傾角,使小車能沿木板勻速下滑 B.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上相鄰各點(diǎn)的間距并不都是均勻的,應(yīng)選間距均勻的那一段紙帶來計(jì)算小車的速度,因?yàn)檫@一段是橡皮筋對(duì)小車做功完畢時(shí)的情形 C.換用不同的紙帶進(jìn)行實(shí)驗(yàn),在增加橡皮筋數(shù)量的同時(shí)應(yīng)減少橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度,以實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的拉力不變的目的 D.本實(shí)驗(yàn)并不需要測(cè)量橡皮筋做的功到底是多少焦耳,只需測(cè)出以后各次實(shí)驗(yàn)橡皮筋做功是第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的多少倍即可,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),解析:“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,橡皮筋的彈力充當(dāng)合外力,故需要在實(shí)驗(yàn)之前平衡摩擦力,將左端墊高,讓小車在斜面上做勻速直線運(yùn)動(dòng),A選項(xiàng)正確;當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)后,小車做勻速直線運(yùn)動(dòng),打出的點(diǎn)是均勻的,B選項(xiàng)正確;由于兩根橡皮筋拉動(dòng)小車時(shí)做的功是一根橡皮筋拉動(dòng)時(shí)做的功的兩倍,所以應(yīng)使幾次拉動(dòng)時(shí)伸長(zhǎng)相同,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;在滿足做功加倍的情況下,測(cè)出速度的值,因?yàn)橹皇钱嫵鰣D象,所以并不需要功的具體的值,D選項(xiàng)正確。 答案:C,3.在探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中(裝置如圖甲所示): 甲 (1)下列說法哪一項(xiàng)是正確的( ) A.平衡摩擦力時(shí)必須將鉤碼通過細(xì)線掛在小車上 B.為減小系統(tǒng)誤差,應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)大于小車質(zhì)量 C.實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并由靜止釋放,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),(2)圖乙是實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶的一部分,選取O、A、B、C計(jì)數(shù)點(diǎn),已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交變電流頻率為50 Hz,則打B點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小為 m/s(保留三位有效數(shù)字)。 乙,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),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(cuò);為減小系統(tǒng)誤差應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,B錯(cuò);實(shí)驗(yàn)時(shí)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器能充分利用紙帶,由靜止釋放則測(cè)出的動(dòng)能即等于該過程的動(dòng)能變化量,便于利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行探究,故選C。(2)據(jù) =0.653 m/s可得打B點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度。 答案:(1)C (2)0.653,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,隨堂檢測(cè),4.在探究“功和速度變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,小張同學(xué)用如圖甲所示裝置,嘗試通過測(cè)得細(xì)繩拉力(近似等于懸掛重物重力)做的功和小車獲得的速度的值進(jìn)行探究,則 (1)下列說法正確的是 。 A.該方案需要平衡摩擦力 B.該方案需要重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 C.該方案操作時(shí)細(xì)線應(yīng)該與木板平行 D.該方案處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)選擇勻速時(shí)的速度