(浙江專用)學年高中物理第七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

1、第6節(jié) 實驗：探究功與速度變化的關系學考報告知識內(nèi)容探究做功與物體速度變化的關系考試要求學考選考V1知道探究中需測定的物理量2 知道實驗方案一中改變牽引力做功大小的方法3 知道實驗方案一中測量牽引力做功數(shù)值的方法4 知道實驗方案二中改變彈力做功大小的方法基本要求5知道實驗方案二中彈力做功大小與橡皮筋的條數(shù)成正比的操作要求，體會取一根橡皮筋所做 的功為單位來簡化問題的思想方法6 知道實驗方案中平衡摩擦力的方法7 會選擇合適的計數(shù)點并計算速度8能根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分析、總結(jié)出實驗結(jié)論發(fā)展要求體會從尋找晤。的關系轉(zhuǎn)向?qū)ふ椅顪P系所蘊含的思想和方法課堂導學:探究功與速度變化的關系基礎梳理方案一、借助恒力做

2、功探究功與速度變化的關系1原理重物通過滑輪牽引小車，當小車的質(zhì)量比重物大得多時，可以把重物所受的量力當做小車受到的牽引力。如圖1所示。改變重物的質(zhì)量或者改變小車運動的軽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系。2.實驗步驟(1) 按如圖1所示安裝好實驗儀器。(2) 平衡摩擦力：將安裝有打點計時器的長木板的一端墊高，讓紙帶穿過打點計時器 連在小車后端，不掛重物，接通電源，輕推小車，直到打點計時器在紙帶上打出間隔均勻的點為止。(3) 在小車中放入従碼，把紙帶穿過打點計時器，連在小車后端、用細線繞過滑輪連 接小車和鉤碼。(4) 將小車停在打點計時器附近，先接通電源，再釋

3、放小車，當小車運動至定滑輪附近及時控制住小車，關閉電源，取下紙帶。(5)改變鉤碼的數(shù)量，更換紙帶重復4的操作。3數(shù)據(jù)處理(1)選取點跡清晰的紙帶，選紙帶上第一個點及距離第一個點較遠的點，并依次標上0,(2)測出0到點1、點2、點3的距離,即為對應的小車的位移5 x2, x3,利用公式久二卩1厲匕1求出點1、點2、點3對應的瞬時速度可，t2,巧，確定此紙帶所掛的鉤碼的重力6利用叱產(chǎn)Gx,分別求出小車的位移為g x2, x3,-時牽引力所做的功W- W29 W3,-(4)先對測量數(shù)據(jù)進行估算，或作We草圖，大致判斷兩個量可能的關系，如果認為是WocP2或其他，然后以W為縱坐標，滬(或其他)為橫坐標

4、作圖,4 .注意事項(1) 平衡摩擦力時，不掛重物，輕推小車后，小車能做勻速直線運動。(2)必須保證所懸掛重物的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量。方案二、借助變力做功探究功與速度變化的關系1原理使小車在橡皮筋的作用下彈出，由橡皮筋提供牽引力，如圖2所示。圖2改變橡皮筋的條數(shù)，橡皮筋對小車做的功分別是-條橡皮筋做功時的相應旦, 測出小車被彈出后的速度，能夠找到橡皮筋對小車做的功與小車速度的關系。2 實驗步驟按如圖2所示安裝儀器。(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可，設此時橡皮筋彈力對小車做功為W,并將測得的數(shù)據(jù)記入表格。換用2條、3條、4條同樣的橡皮筋做實驗，并使橡皮筋

5、拉伸的長度都和第一次相同，測出色、巧、5,橡皮筋對小車做功分別為2W, 3W, 4W,，將數(shù)據(jù)記入表格。(4)小車運動中會受到阻力，可以使木板略微傾斜，作為補償(需首先平衡摩擦力，然后再進行實驗)。3數(shù)據(jù)處理(1)速度數(shù)值的獲得：實驗獲得的是如圖3所示的紙帶，為探究橡皮筋彈力做功與小車速度的關系，需要測量的是彈力做功結(jié)束時小車的速度，即小車做勻速運動的速度。所以，應該在紙帶上測量的物理量是圖中間隔均勻的點旳、去間的距離小 小車此時速度的表達式為令,其中F是打點計時器的打點周期。OA A? A3圖3入表格。WvnW2W3W4W5WVV2V35(2)計算小車做的功分別為W, 2W, 3W,時對應的

6、r, r2, r3,的數(shù)值，填(3)逐一與W的一組數(shù)值對照，判斷W與s r2,汛亦的可能關系或嘗試著分別畫出W與s W與圧、w與zA W與也間關系的圖象，找出哪一組的圖 象是直線，從而確定功與速度的正確關系。4 注意事項(1) 實驗時選擇粗細、形狀、長度、材料完全相同的橡皮筋。(2) 每次實驗時都讓小車從同一位置由靜止釋放，即保證每次實驗中橡皮筋拉伸的長 度都保持一致。(3) 實驗中不必測出功和速度的具體數(shù)值，只要測出以后各次實驗時做的功是第一次 實驗時的多少倍即可。(4) 平衡摩擦力時，不要拴橡皮筋，但應連著紙帶且接通電源。(5) 打出的紙帶上的點間距并不都是均勻的，應選取點間距均勻部分來求

7、小車的速度。5實驗結(jié)論無論是通過計算法還是作圖法都可以得出力對物體做的功與物體速度的平方成正比的結(jié)論，即Wocp2o6.誤差分析(1)誤差來源 忘記平衡摩擦力或沒有完全平衡摩擦力對實驗有影響o 橡皮筋長度、粗細不一，使得拉力及拉力做的功與橡皮筋條數(shù)不成正比帶來誤差。 紙帶上所打點的間距測量也會帶來誤差。 描點不準確帶來誤差。(2)減小誤差的辦法 實驗前要先平衡掉摩擦力O 盡量選用同一規(guī)格的橡皮筋。 選用間距均勻的幾個間隔，測量其總長度，求得平均速度。 描點時既要觀察各點的位置關系，又要考慮應有的函數(shù)關系。若拉力大，小車速 度大，點數(shù)少，可能會使W與e成線性關系，控制小車速度，增大縱坐標單位長度

8、，可減小誤差。典例精析【例1】(1)用如圖4(a)所示的儀器探究做功與速度變化的關系。實驗步驟如下: 將木板固定有打點計時器的一端墊起適當高度，消除摩擦力的影響; 小車鉤住一條橡皮筋，往后拉至某個位置，記錄小車的位置; 先,后,小車拖動紙帶，打點計時器打下一系列點，斷開電源；改用同樣的橡皮筋2條、3條重復、的實驗操作，每次操作一定要將小車(2)打點計時器所接交流電的頻率為50 Hz,圖(b)所示是四次實驗打出的紙帶。第1次 52山6(打？0(打？0叮?0(?0(飛2叫第2次匕21(打？7(乩2”3丁匕2皿83/&3cmcm第：3次2)J2()JF4646廠申46廠h 3.46 j第4次廠飛39

9、5卜4) = 4.00廠卜 丄“)J(b)(3)根據(jù)紙帶，完成下表尚未填入的數(shù)據(jù)。次數(shù)1234橡皮筋做的功w2W3W4Wr(m/s)1.001.422.00r2(m2/s2)1.002.014.00從表中數(shù)據(jù)可得出什么樣的結(jié)論?解析(1) “打紙帶時，要先接通電源，后釋放小車，每次釋放小車時，必須從同一點 靜止釋放，以保證每次每條橡皮筋做的功相等。血二討3*4爲m/s = 1.73 m/s,於=1.732 m2/s22.99 m/s?。由數(shù)據(jù)可以看出在誤差范圍內(nèi)，橡皮筋做的功與速度的平方成正比。答案(1)接通電源釋放小車從相同位置由靜止釋放(3)1.73 2.99橡皮筋做的功與速度的平方成正比

10、【例2】在探究“功和速度變化關系”的實驗中，小張同學用如圖5所示裝置，嘗試 通過測得細繩拉力（近似等于懸掛重物重力）做的功和小車獲得的速度的值進行探究, 則圖5（1）（多選）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)量遠小于小車的質(zhì)量C. 該方案操作時細線應該與木板平行D該方案處理數(shù)據(jù)時應選擇勻速時的速度（2）某次獲得的紙帶如圖6所示，小張根據(jù)點跡標上了計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點間的時間 間隔為01 s,請讀出C計數(shù)點在刻度尺上的讀數(shù) cm,并求出C點的速度為m/s（計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。AeBeCIII 11 IlliIlliIlliIlliIlliIlliIlliIIIIlli 11 IIIIII II7891011121314圖6解析（1）探究“功與速度變化關系”的實驗，細繩拉力應為合力，所以該方案需 要平衡摩擦力且細線應與木板平行，A、C正確；重物運動過程也有加速度，需 滿足恥相對于仏可忽略，其中加為重物質(zhì)