高中物理7.6探究功與速度之間關系導學案2新人教版.docx

第七章 機械能守恒定律第6節(jié) 實驗：探究功與速度之間關系【學習目標】1、會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度。2、學習利用物理圖象探究功與物體速度變化的關系?！局攸c、難點】通過用紙帶與打點計時器來探究功與速度的關系。預習案【自主學習】1本實驗的目的：探究_和_的關系。本實驗總是讓小車從靜止開始，使測定兩個速度的的問題轉化為_的問題，有利于操作和數據處理發(fā)現(xiàn)規(guī)律。2實驗中測速度一般用_來計時，還常用_。3如果以功W為縱坐標，以v為橫坐標，則圖象為_線。【學始于疑】 探究案【合作探究一】 1.探究思路本實驗是按著如下的思路進行的：（1）改變功的大小 用1條、2條、3條同樣的橡皮筋將小車拉到同一位置釋放，橡皮筋拉力對小車所做的功依次為W、2W、3W（2）確定速度的大小 小車獲得的速度v可以由紙帶和打點計時器測出，也可以用其他方法測出。（3）尋找功與速度變化的關系 以橡皮筋拉力所做的功W為縱坐標，小車獲得的速度v為橫坐標，作出Wv曲線（即功速度曲線）。分析這條曲線，得出橡皮筋拉力對小車所做的功與小車獲得的速度的定量關系。例1本實驗的探究思路有何巧妙之處？解答 實驗中用橡皮筋的彈力拉動小車做功使小車獲得動能，探究橡皮筋做的功與小車速度變化的關系。橡皮筋的彈力是變力，所做的功是變力功，沒有現(xiàn)成的公式可以計算功的大小。即使知道彈力功的公式也不能用它進行計算，因為橡皮筋的勁度系數也是變化的。然而，改變橡皮筋的條數，保持小車相同的運動距離，則彈力功的大小與橡皮筋的條數成正比。也就是說，在相同的位移情況下，用一條橡皮筋做的功為W，用兩條同樣的橡皮筋做的功就是2W，用同樣的三條橡皮筋做的功就是3W實驗方法巧妙地避開了功的計算，直接確定了橡皮筋拉力對小車所做功的倍數關系。 2.注意事項 (1) 平衡摩擦力 為了排除摩擦力的干擾，實驗中可將木板放有打點計時器的一端墊高，讓小車重力沿斜面方向的分力來平衡摩擦力。具體方法是：將木板放有打點計時器的一端墊高，脫開鉤在小車上的橡皮筋，在小車尾部固定一紙帶，輕推小車使小車沿木板向下運動。如果紙帶上打出的點距是均勻的，說明紙帶的運動是勻速的，小車重力沿斜面方向的分力就剛好平衡了小車所受的摩擦力。(2) 如何選擇紙帶上的點確定速度？由于實驗器材和每次操作過程的分散性，尤其是橡皮筋不可能做到各條之間的長度、粗細完全一致，使得每次改變橡皮筋的條數后，紙帶上反映小車勻速運動階段的點數和這些點的位置，不一定都在事先的設定點（即用1根橡皮筋拉小車時，與橡皮筋剛好處于自由長度相對應的紙帶上打下的點）之后，而可能在設定點的前后。這是因為小車在幾條橡皮筋拉動下運動至設定點時，各條橡皮筋可能在設定點的前、后對小車不產生拉力，從而使紙帶上打出的點出現(xiàn)上述情況。因此，需要對紙帶上的點進行分析，方法是比較設定點左右及設定點之后的若干個相鄰兩點間的距離是否基本相同，選擇相鄰距離基本相同的若干個點作為小車勻速運動階段的點，用這些點計算小車的速度。例2 為了計算由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度，在某次實驗中某同學得到了如圖2-6-1所示的一條紙帶，在A、B、C、D中應該選用哪個點的速度才符合要求？ABCD 解答 實驗中所要求測量的速度應該是橡皮筋作用完畢以后小車的速度，也就是小車所獲得的最大速度，由圖中可以看出，A、B兩點橡皮條還沒有作用完畢，而D點橡皮條作用完畢后已經過了一段時間，所以最理想的點應該是C點的速度。歸納總結【合作探究二】 用圖象處理實驗數據根據實驗測得的數據，分別作出Wv曲線、W1/v曲線、Wv2曲線、W1/v2曲線、Wv3曲線。如果哪一種圖象更接近于過原點的傾斜直線，功與速度之間可能就是那一種正比關系。例3如果實驗得到的各點在Wv坐標系中大致呈現(xiàn)線性分布，那是什么原因？如何處理？解答 由最后的探究結果可知，Wv2，故Wv曲線應是拋物線。實驗得到的各點在Wv坐標系中大致呈現(xiàn)線性分布，說明這些點取在了速度較大的區(qū)域，因為該拋物線在速度較大的部分其形狀趨近于直線。小車質量?。ㄈ缈哲嚕┒鹌そ罾^大時，小車的速度就比較大，加之實驗次數少，所取的點數也少，使W、v各對應點近似成線性分布?？梢詮膬煞矫娼鉀Q：實驗時在小車中加砝碼，增大小車總質量，使小車速度不致過快；畫圖時加大縱坐標的單位長度，從原點開始描繪圖線也可以避免畫成直線。例4 有一只小老鼠離開洞穴沿直線前進，它的速度與到洞穴的距離成反比，當它行進到離洞穴距離為d1的甲處時速度為v1，試求：（1）老鼠行進到離洞穴距離為d2的乙處時速度v2多大？（2）從甲處到乙處要用去多少時間？解答：（1）由老鼠的速度與到洞穴的距離成反比，得v2 d2 = v1d1所以老鼠行進到離洞穴距離為d2的乙處時速度v2 = d1v1/d2（2）由老鼠的速度與到洞穴的距離成反比，作出圖象，如圖2-6-2所示 2-6-2由圖線下方的面積代表的物理意義可知，從d1到d2的“梯形面積”就等于從甲處到乙處所用的時間，易得歸納總結【當堂檢測】1關于功與物體速度變化的關系，你的探究結論是（ ）A B. C. D. 2關于上述探究結論，以下說法中正確的是（ ）A當物體的初速度為0時，W表示力對物體所做的功，v表示物體獲得的速度B當物體的初速度為0時，W表示力對物體所做的功，v表示物體速度的變化C當物體的初速度不為0時，W表示力對物體所做的功，v表示物體獲得的速度D當物體的初速度不為0時，W表示力對物體所做的功，v表示物體速度的變化3本實驗為什么要平衡摩擦力？能否用本實驗裝置探究拉力與摩擦力的合力所做的功與小車速度變化的關系？4若再給你一架天平和砝碼，你能利用本實驗裝置研究功與質量、速度間的關系嗎？請說說你的設想?！菊n后鞏固】1 平衡小車所受摩擦力的方法我們在以前的學習中也曾采用過，請說說曾在何處采用過。2“化曲為直”是運用圖象法分析物理量關系的一種有效方法。這種方法我們在以前的學習中也曾采用過，請說說曾在何處采用過。3試分析本探究實驗中誤差的主要來源。4某同學在探究功與物體速度變化的關系實驗中，設計了如圖2-6-3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，讓重物自由下落，計時器就在紙帶上打下一系列點。得到的紙帶如圖2-6-4所示，O點為計時器打下的第一個點，該同學對數據進行了下列處理：取OA=AB=BC，并根據紙帶算出了A、B、C三點的速度分別為VA=0.12m/s， VB=0.17m/s，VC=0.21m/s.根據以上數據你能大致判斷WV2？OABC 答案： 課堂檢測1B2ABD 3本實驗是為了探究橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度間的關系，為此，必須排除摩擦力的干擾，所以要平衡摩擦力。假如不平衡摩擦力，那么當拉力與摩擦力的合力為0時小車的位置，并不是橡皮筋剛恢復為自由長度時的位置，而是在橡皮筋剛變?yōu)樽杂砷L度時的位置之前，且該位置隨橡皮筋條數的增加而發(fā)生變化。也就是說，在橡皮筋恢復為自由長度前，小車以不同程度地進入了減速運動階段，我們在紙帶上很難確定相應的位置。再有，當一次次增加橡皮筋時，即拉力成倍增加時，摩擦力沒有發(fā)生變化，不可能相應地成倍增加。我們無法計算合力功的大小，也不可能使合力功成倍增加，所以不能用本實驗裝置探究拉力與摩擦力的合力所做的功與小車速度變化的關系。4用天平測出小車的質量，并在小車內加不同數量的砝碼以改變小車的總質量m，如教材中的探究實驗那樣進行操作，確定橡皮筋所做的功W，測出小車相應的速度v，畫出Wmv2、Wm2v2、W等圖象，看哪一種圖象是過原點的傾斜直線，即可確定相應的比例關系。課后練習1探究加速度與力、質量的關系2探究加速度與質量的關系3本探究實驗的誤差主要來源于以下三個方面： 橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋的拉力與橡皮筋的條數不成正比； 小車受力為0的位置，不一定在設定點； 由于小車不受拉力的位置不一定在設定點，這就使拉力功W與橡皮筋的條數不成正比，而作圖象時縱坐標的單位長度依然將功與橡皮筋的條數按正比關系取值，這樣使作出的W、v各對應