第7章 6．實驗：探究功與速度變化的關(guān)系

1、.6實驗：探究功與速度變化的關(guān)系學習目的1.通過實驗探究力對物體做的功與物體速度變化的關(guān)系2.學習利用圖象法探究功與速度變化的關(guān)系知識探究一、實驗原理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條那么橡皮筋對小車做的功為W、2W、3W、通過對打點計時器所打紙帶的測量計算出每次實驗完畢時小車的速度，最后分析每次做的功與速度的關(guān)系，總結(jié)出功與速度的關(guān)系二、實驗器材木板、橡皮筋假設(shè)干、小車、打點計時器、低壓交流電源、紙帶、刻度尺等三、實驗步驟1按如圖761所示安裝好實驗儀器圖7612平衡摩擦力：將安裝有打點計時器的長木板的一端墊起，紙帶穿過打點計時器并接在小車后面，

2、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均勻的點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第一次一樣，用打點計時器和紙帶記錄小車的運動情況四、數(shù)據(jù)處理1求小車的最終速度：如圖762所示，測出紙帶上點跡均勻的兩點如A1、A3間的間隔 x，那么小車的速度為v.圖7622計算小車做的功分別為W、2W、3W時對應(yīng)的v、v2、v3、的數(shù)值，填入表格W2W3W4W5Wvv2v33逐一與W的一組數(shù)值對照，判斷W與v、v2、v3、的可能關(guān)系或嘗試著分別畫出W與v、W與v2、W與v3、W與間關(guān)系的圖象

3、，找出哪一組的圖象是直線，從而確定功與速度的正確關(guān)系五、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適宜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六、本卷須知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均勻來判斷是否平衡了摩擦力2測小車速度時，紙帶上的點跡應(yīng)選均勻部分，也就是選小車做勻速運動時打的點跡3每次釋放小車時，都要確保讓它從同一位置由靜止開場運動4所選橡皮筋的規(guī)格應(yīng)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

4、算出詳細數(shù)值典例剖析用如圖763所示的裝置，探究功與物體速度變化的關(guān)系，實驗時，先適當墊高木板，然后由靜止釋放小車，小車在橡皮筋彈力的作用下被彈出，沿木板滑行小車滑行過程中帶動通過打點計時器的紙帶，記錄其運動情況，觀察發(fā)現(xiàn)紙帶前面部分點跡疏密不均，后面部分點跡比較均勻，答復以下問題：圖7631除了圖中已給出的實驗器材外，還需要的器材有_選填“秒表“天平或“刻度尺2適當墊高木板是為了_3通過紙帶求小車速度時，應(yīng)使用紙帶的_選填“全部“前面部分或“后面部分4假設(shè)實驗做了n次，所用橡皮筋分別為1根、2根n根，通過紙帶求出小車的速度分別為v1、v2vn，用W表示橡皮筋對小車所做的功，作出的Wv2圖象是

5、一條過坐標原點的直線，這說明W與v的關(guān)系是_解析1實驗需要測出紙帶上計數(shù)點間的間隔 ，需要用到刻度尺2將木板一端適當墊高，在沒有橡皮筋的情況下使小車恰好做勻速運動，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是橡皮筋的拉力3橡皮筋拉力對小車所做的功全部完成后，打出來的點才能反映小車的速度，所以應(yīng)使用紙帶的后面部分4Wv2圖線是一條過坐標原點的直線，根據(jù)數(shù)學知識可確定W與速度v的平方成正比，即Wkv2.答案1刻度尺2平衡摩擦力3后面部分4Wkv2用如圖764所示的裝置做“探究功與速度變化的關(guān)系的實驗時：圖7641以下說法正確的選項是_填字母代號A為了平衡摩擦力，實驗中可以將長木板的左端

6、適當墊高，使小車拉著穿過打點計時器的紙帶自由下滑時能保持勻速運動B每次實驗中橡皮筋的規(guī)格要一樣，拉伸的長度要一樣C可以通過改變橡皮筋的條數(shù)來改變拉力做功的數(shù)值D可以通過改變小車的質(zhì)量來改變拉力做功的數(shù)值E實驗中要先釋放小車再接通打點計時器的電源F通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度G通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度2假設(shè)在實驗中，我們用1條、2條、3條同樣的橡皮筋進展1次、2次、3次實驗實驗中，假如橡皮筋拉伸的長度都相等，那么每次橡皮筋對小車做的功可記作W、2W、3W對每次打出的紙帶進展處理，求出小車每次最后勻速運動時的速度v，記錄數(shù)據(jù)見下表：功

7、W0W2W3W4W5W6Wv/ms101.001.411.732.002.242.45據(jù)以上數(shù)據(jù)，在坐標紙中作出Wv2圖象圖7653根據(jù)2題中的圖象可以得出的結(jié)論是_解析1小車在程度面上運動時，由于受到摩擦阻力導致小車速度在變化所以適當傾斜以平衡摩擦力，小車所能獲得動能完全來源于橡皮筋做的功，故A正確；實驗中每根橡皮筋做功均是一樣的，所以所用橡皮筋必須一樣，且伸長的長度也一樣，故B正確；每次實驗時橡皮筋伸長的長度都要一致，那么一根做功記為W，兩根那么為2W，故C正確；實驗中是通過改變橡皮筋的條數(shù)來改變拉力做功的數(shù)值，故D錯誤；只要使用打點計時器的實驗，都是先接通電源后釋放紙帶，故E錯誤；由于小

8、車在橡皮筋的作用下運動，橡皮筋對小車做的功與小車能獲得的最大速度有關(guān)，故F正確，G錯誤2根據(jù)描點法可得，如下圖3由Wv2圖線可知，圖象為過原點的直線，因此W和v2成正比關(guān)系答案1ABCF2見解析3外力做功與物體速度平方成正比某學習小組利用如圖766所示的裝置驗證動能定理，氣墊導軌對滑塊的阻力可忽略不計：圖7661將氣墊導軌調(diào)至程度，安裝好實驗器材，從圖中讀出兩光電門中心之間的間隔 x_cm；2假設(shè)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量為M，擋光條的寬度為d，擋光條通過光電門1和2所用的時間分別為t1和t2，滑塊在兩光電門間動能的變化量的表達式為_.3對于該實驗裝置，你認為以下操作和要求一定要完成的是

9、：_.A需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量B通過滑輪拉滑塊的細繩在運動過程中必須保持與木板平行C用天平測出砝碼盤和砝碼的質(zhì)量mD氣墊導軌左端應(yīng)墊高以平衡摩擦力解析1光電門1處刻度尺讀數(shù)為：20.30 cm，光電門2處刻度尺讀數(shù)為：70.30 cm，故兩光電門中心之間的間隔 s70.30 cm20.30 cm50.00 cm；2由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時間內(nèi)的平均速度代替瞬時速度滑塊通過光電門1的速度為：v1，滑塊通過光電門2的速度為：v2，那么動能的變化量為EkMvMvMM.3A、該實驗中由于已經(jīng)用傳感器測出繩子拉力大小，不是將砝碼和砝碼盤的重力作

10、為小車的拉力，故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，那么A錯誤；B、調(diào)節(jié)滑輪細線與氣墊導軌平行，保證拉力程度，那么B正確；C、由于有拉力傳感器直接顯示繩子的拉力即為小車的合力，那么不需要測量砝碼盤和砝碼的質(zhì)量，C項錯誤；D、氣墊導軌噴氣可以使小車懸浮在導軌上，不受摩擦力，故不需要平衡摩擦力，D項錯誤應(yīng)選B答案150.002MM3B當 堂 達 標固 雙 基1某同學用如圖767所示裝置做“探究和物體動能變化的關(guān)系的實驗時，先使小車不連接橡皮筋，小車在木板上恰能勻速下滑那么在橡皮筋彈力作用下，合外力對小車所做的功_選填“大于、“小于或“等于橡皮筋所做的功；假設(shè)第一、三次分別用一條、三條一

11、樣的橡皮筋并在一起做實驗，且兩次橡皮筋的_一樣，那么第三次實驗中合外力對小車所做的功是第一次實驗的_倍圖767解析小車受重力，支持力，摩擦力和橡皮筋的拉力，正確平衡好摩擦力后進展實驗，合外力的功就等于橡皮筋拉力所做的功；因為是一樣橡皮筋做實驗，且兩次橡皮筋的伸長量一樣，故三條時橡皮筋做的功應(yīng)是一條時的3倍答案等于伸長量32在用如圖768所示的裝置做“探究功與速度變化的關(guān)系的實驗時，圖7681為了平衡摩擦力，實驗中可以將長木板的_選填“左端或“右端適當墊高，使小車拉著穿過打點計時器的紙帶自由下滑時能保持_運動2為了使橡皮筋對小車做的功成整數(shù)倍增加，每次實驗中橡皮筋的規(guī)格要一樣，拉伸到_3如圖76

12、9所示，在正確操作情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_部分進展測量圖769解析1平衡摩擦力時應(yīng)將木板固定有打點計時器的一側(cè)適當墊高，使小車帶動紙帶做勻速直線運動2實驗時，每次應(yīng)將不同數(shù)量的橡皮筋拉伸到同一位置3橡皮筋做完功后，小車應(yīng)做勻速運動，實驗中應(yīng)測小車做勻速運動的速度，在紙帶上，要選用點跡間間隔 相等的計數(shù)點進展測量，應(yīng)選用紙帶上的GJ部分進展測量答案1左端勻速2一樣位置3GJ3下面探究“功與物體速度變化關(guān)系的實驗步驟，其合理順序是_將小車拉至圖中C處，使AB和BC間間隔 大致相等，接通打點計時器電源，放開小車，小車帶動紙帶運動，打下一系列的小點，

13、由紙帶分析求出小車通過B位置時的速度v，設(shè)第1次橡皮筋對小車做的功為W.做出Wv、Wv2的圖象，分析圖象的特點，得出結(jié)論如圖7610所示，先固定打點計時器，在長木板的兩側(cè)A處釘兩個小釘，小車放在B處掛上一根橡皮筋即圖示情況，使橡皮筋處于自由長度圖7610用2條、3條同樣的橡皮筋進展第2次、第3次實驗，每次實驗保持橡皮筋拉伸的長度不變，用同樣的方法測出v2、v3記下2W、3W記入表格解析合理順序為、.答案4在做“探究功與物體速度變化的關(guān)系的實驗時，小車的質(zhì)量為m，使用橡皮筋6根，每次增加一根，實驗中W、v、v2的數(shù)據(jù)已填在表格中Wv/ms1v2/m2s200010.800.6421.101.21

14、31.281.6441.532.3451.763.1061.893.571試在圖中作出相應(yīng)關(guān)系圖象甲乙圖76112從圖象可以得出的實驗結(jié)論是_. 【導學號：75612125】解析1將表中的數(shù)據(jù)分別描在圖甲、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?qū)ΨQ分布在直線兩側(cè)，如圖甲和乙所示甲乙2從乙圖看出Wv2.答案1見正確解答圖2Wv25某同學用如圖7612所示的裝置探究功與物體速度變化的關(guān)系圖76121圖中所示的電磁打點計時器，應(yīng)該裝備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

15、適當?shù)母叨?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“v2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(gòu)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右運動，為使橡皮筋做功為合外力做功，需要進展平衡摩擦力操作，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根一樣橡皮筋并系在小車上時，n根一樣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(shè)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

16、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(guān)系可知，作出W與v2的關(guān)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)4v26某實驗小組采用如圖7613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，沿木板滑行打點計時器的工作頻率為50 Hz.圖76131實驗中木板略微傾斜，這樣做是為了A使釋放小車后，小車能勻加速下滑B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小車做的功D可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運動2實驗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展屢次實驗，每次都要把小車拉到同一位置再釋放小車把第1次只掛1條橡皮筋時橡皮

17、筋對小車做的功記為W1，第二次掛2條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功為2W1，橡皮筋對小車做功后使小車獲得的速度可由打點計時器打出的紙帶測出根據(jù)第四次的紙帶如圖7614所示求得小車獲得的速度為_m/s.圖76143假設(shè)根據(jù)屢次測量數(shù)據(jù)畫出的Wv圖象如圖7615所示，根據(jù)圖線形狀，可知W與v的關(guān)系符合實際的是圖圖7615解析1實驗中木板傾斜是為了平衡摩擦力，使橡皮筋松弛后小車做勻速運動，選項C、D正確2v m/s2 m/s.3實驗證明Wv2，所以Wv圖線應(yīng)為一條拋物線，C正確答案1CD223C7某同學在探究功與物體速度變化的關(guān)系實驗中，設(shè)計了如圖7616甲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或打點計時器先用手提著紙帶，使重物靠近計時器靜止然后接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計時器就在紙帶上打下一系列小點得到的紙帶如圖乙所示，O點為計時器打下的第1個點，該同學對數(shù)據(jù)進展了