第7章 6．實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系

1、.6實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系學(xué)習(xí)目的1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究力對(duì)物體做的功與物體速度變化的關(guān)系2.學(xué)習(xí)利用圖象法探究功與速度變化的關(guān)系知識(shí)探究一、實(shí)驗(yàn)原理讓橡皮筋拉動(dòng)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(duì)小車做的功為W、2W、3W、通過(guò)對(duì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打紙帶的測(cè)量計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)完畢時(shí)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(shí)驗(yàn)器材木板、橡皮筋假設(shè)干、小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、低壓交流電源、紙帶、刻度尺等三、實(shí)驗(yàn)步驟1按如圖761所示安裝好實(shí)驗(yàn)儀器圖7612平衡摩擦力：將安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的長(zhǎng)木板的一端墊起，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出間隔均勻的點(diǎn)3第一次先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況4換用2條、3條、4條同樣的橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，并使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都和第一次一樣，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況四、數(shù)據(jù)處理1求小車的最終速度：如圖762所示，測(cè)出紙帶上點(diǎn)跡均勻的兩點(diǎn)如A1、A3間的間隔 x，那么小車的速度為v.圖7622計(jì)算小車做的功分別為W、2W、3W時(shí)對(duì)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(duì)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(lái)源是橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)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(lái)源是摩擦力平衡得不適宜3利用紙帶確定物體的速度時(shí)，點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)也會(huì)帶來(lái)誤差4作圖描點(diǎn)不準(zhǔn)帶來(lái)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(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)，根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)跡是否均勻來(lái)判斷是否平衡了摩擦力2測(cè)小車速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)跡應(yīng)選均勻部分，也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)打的點(diǎn)跡3每次釋放小車時(shí)，都要確保讓它從同一位置由靜止開場(chǎng)運(yùn)動(dòng)4所選橡皮筋的規(guī)格應(yīng)一樣，力對(duì)小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計(jì)

4、算出詳細(xì)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(shí)驗(yàn)時(shí)，先適當(dāng)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(guò)程中帶動(dòng)通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，記錄其運(yùn)動(dòng)情況，觀察發(fā)現(xiàn)紙帶前面部分點(diǎn)跡疏密不均，后面部分點(diǎn)跡比較均勻，答復(fù)以下問(wèn)題：圖7631除了圖中已給出的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要的器材有_選填“秒表“天平或“刻度尺2適當(dāng)墊高木板是為了_3通過(guò)紙帶求小車速度時(shí)，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(shí)驗(yàn)做了n次，所用橡皮筋分別為1根、2根n根，通過(guò)紙帶求出小車的速度分別為v1、v2vn，用W表示橡皮筋對(duì)小車所做的功，作出的Wv2圖象是

5、一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，這說(shuō)明W與v的關(guān)系是_解析1實(shí)驗(yàn)需要測(cè)出紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)間的間隔 ，需要用到刻度尺2將木板一端適當(dāng)墊高，在沒有橡皮筋的情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，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(duì)小車所做的功全部完成后，打出來(lái)的點(diǎn)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(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)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(shí)驗(yàn)時(shí)：圖7641以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是_填字母代號(hào)A為了平衡摩擦力，實(shí)驗(yàn)中可以將長(zhǎng)木板的左端

6、適當(dāng)墊高，使小車?yán)┻^(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶自由下滑時(shí)能保持勻速運(yùn)動(dòng)B每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的規(guī)格要一樣，拉伸的長(zhǎng)度要一樣C可以通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)來(lái)改變拉力做功的數(shù)值D可以通過(guò)改變小車的質(zhì)量來(lái)改變拉力做功的數(shù)值E實(shí)驗(yàn)中要先釋放小車再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源F通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的最大速度G通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的平均速度2假設(shè)在實(shí)驗(yàn)中，我們用1條、2條、3條同樣的橡皮筋進(jìn)展1次、2次、3次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中，假如橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都相等，那么每次橡皮筋對(duì)小車做的功可記作W、2W、3W對(duì)每次打出的紙帶進(jìn)展處理，求出小車每次最后勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)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(biāo)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(yùn)動(dòng)時(shí)，由于受到摩擦阻力導(dǎo)致小車速度在變化所以適當(dāng)傾斜以平衡摩擦力，小車所能獲得動(dòng)能完全來(lái)源于橡皮筋做的功，故A正確；實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)的長(zhǎng)度也一樣，故B正確；每次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)中是通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)來(lái)改變拉力做功的數(shù)值，故D錯(cuò)誤；只要使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的實(shí)驗(yàn)，都是先接通電源后釋放紙帶，故E錯(cuò)誤；由于小

8、車在橡皮筋的作用下運(yùn)動(dòng)，橡皮筋對(duì)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(cuò)誤2根據(jù)描點(diǎn)法可得，如下圖3由Wv2圖線可知，圖象為過(guò)原點(diǎn)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(xué)習(xí)小組利用如圖766所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理，氣墊導(dǎo)軌對(duì)滑塊的阻力可忽略不計(jì)：圖7661將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至程度，安裝好實(shí)驗(yàn)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(guò)光電門1和2所用的時(shí)間分別為t1和t2，滑塊在兩光電門間動(dòng)能的變化量的表達(dá)式為_.3對(duì)于該實(shí)驗(yàn)裝置，你認(rèn)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(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量B通過(guò)滑輪拉滑塊的細(xì)繩在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中必須保持與木板平行C用天平測(cè)出砝碼盤和砝碼的質(zhì)量mD氣墊導(dǎo)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(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度滑塊通過(guò)光電門1的速度為：v1，滑塊通過(guò)光電門2的速度為：v2，那么動(dòng)能的變化量為EkMvMvMM.3A、該實(shí)驗(yàn)中由于已經(jīng)用傳感器測(cè)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(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，那么A錯(cuò)誤；B、調(diào)節(jié)滑輪細(xì)線與氣墊導(dǎo)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(cè)量砝碼盤和砝碼的質(zhì)量，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D、氣墊導(dǎo)軌噴氣可以使小車懸浮在導(dǎo)軌上，不受摩擦力，故不需要平衡摩擦力，D項(xiàng)錯(cuò)誤應(yīng)選B答案150.002MM3B當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基1某同學(xué)用如圖767所示裝置做“探究和物體動(dòng)能變化的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(duì)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(shí)驗(yàn)，且兩次橡皮筋的_一樣，那么第三次實(shí)驗(yàn)中合外力對(duì)小車所做的功是第一次實(shí)驗(yàn)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(jìn)展實(shí)驗(yàn)，合外力的功就等于橡皮筋拉力所做的功；因?yàn)槭且粯酉鹌そ钭鰧?shí)驗(yàn)，且兩次橡皮筋的伸長(zhǎng)量一樣，故三條時(shí)橡皮筋做的功應(yīng)是一條時(shí)的3倍答案等于伸長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)時(shí)，圖7681為了平衡摩擦力，實(shí)驗(yàn)中可以將長(zhǎng)木板的_選填“左端或“右端適當(dāng)墊高，使小車?yán)┻^(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶自由下滑時(shí)能保持_運(yùn)動(dòng)2為了使橡皮筋對(duì)小車做的功成整數(shù)倍增加，每次實(shí)驗(yàn)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(diǎn)并不都是均勻的，為了測(cè)量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_部分進(jìn)展測(cè)量圖769解析1平衡摩擦力時(shí)應(yīng)將木板固定有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一側(cè)適當(dāng)墊高，使小車帶動(dòng)紙帶做勻速直線運(yùn)動(dòng)2實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)小車做勻速運(yùn)動(dòng)的速度，在紙帶上，要選用點(diǎn)跡間間隔 相等的計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)展測(cè)量，應(yīng)選用紙帶上的GJ部分進(jìn)展測(cè)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(shí)驗(yàn)步驟，其合理順序是_將小車?yán)翀D中C處，使AB和BC間間隔 大致相等，接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，放開小車，小車帶動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)，打下一系列的小點(diǎn)，

13、由紙帶分析求出小車通過(guò)B位置時(shí)的速度v，設(shè)第1次橡皮筋對(duì)小車做的功為W.做出Wv、Wv2的圖象，分析圖象的特點(diǎn)，得出結(jié)論如圖7610所示，先固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，在長(zhǎng)木板的兩側(cè)A處釘兩個(gè)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(zhǎng)度圖7610用2條、3條同樣的橡皮筋進(jìn)展第2次、第3次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)保持橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度不變，用同樣的方法測(cè)出v2、v3記下2W、3W記入表格解析合理順序?yàn)椤?答案4在做“探究功與物體速度變化的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)時(shí)，小車的質(zhì)量為m，使用橡皮筋6根，每次增加一根，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)論是_. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：75612125】解析1將表中的數(shù)據(jù)分別描在圖甲、乙所示的兩個(gè)坐標(biāo)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(diǎn)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(xué)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(diǎn)計(jì)時(shí)器，應(yīng)該裝備46 V的_選填“交流或“直流電源2實(shí)驗(yàn)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(dāng)?shù)母叨?實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變橡皮筋的_選填“長(zhǎng)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(biāo)，以_選填“v“v2或“為橫坐標(biāo)作出的圖線最接近一條傾斜的直線解析1根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的構(gòu)造和原理可知，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(yùn)動(dòng)，為使橡皮筋做功為合外力做功，需要進(jìn)展平衡摩擦力操作，即需要適當(dāng)墊高木板的左端3實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次保持橡皮筋的形變量一定，當(dāng)有n根一樣橡皮筋并系在小車上時(shí)，n根一樣橡皮筋對(duì)小車做的功就等于系一根橡皮筋時(shí)對(duì)小車做的功的n倍，這個(gè)設(shè)計(jì)很巧妙地解決了直接去測(cè)量力和計(jì)算功的困難，故實(shí)驗(yàn)中不需要測(cè)出一條橡皮筋對(duì)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(guò)原點(diǎn)的一條直線，說(shuō)明功與v2成正比答案1交流2左3條數(shù)4v26某實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 Hz.圖76131實(shí)驗(yàn)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(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)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(lái)掛在小車的前端進(jìn)展屢次實(shí)驗(yàn)，每次都要把小車?yán)酵晃恢迷籴尫判≤嚢训?次只掛1條橡皮筋時(shí)橡皮

17、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(cè)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(shí)際的是圖圖7615解析1實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)C、D正確2v m/s2 m/s.3實(shí)驗(yàn)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(xué)在探究功與物體速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了如圖7616甲所示的實(shí)驗(yàn)將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過(guò)電火花計(jì)時(shí)器或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器先用手提著紙帶，使重物靠近計(jì)時(shí)器靜止然后接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn)得到的紙帶如圖乙所示，O點(diǎn)為計(jì)時(shí)器打下的第1個(gè)點(diǎn)，該同學(xué)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展了