探究功與速度變化的關(guān)系 (2)

1、7.6探究功與速度變化的關(guān)系必修2第七章 機(jī)械能守恒定律 學(xué)習(xí)目的：1.理解探究性實(shí)驗(yàn)中的探究思路、操作技巧和數(shù)據(jù)處理，能夠自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。2.會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度。3.利用物理圖象探究功與物體速度變化的關(guān)系。知識(shí)回顧重力做功重力勢(shì)能彈力做功WF外力做功W彈性勢(shì)能動(dòng)能速度？WG = mg(h1-h2)=Ep1 - Ep2= -EpW?一.探究功與物體速度變化的關(guān)系 v對(duì)物體做的功越多,物體的速度變化就越大.定性:在物體質(zhì)量一定的前提下:實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.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.體會(huì)探究的過(guò)程和所用的方法探究思路1.測(cè)量對(duì)小車(chē)做的功W2.測(cè)量小車(chē)獲得的速度

2、v3.數(shù)據(jù)處理,尋找W與v的關(guān)系FTmg的條件?方案一:F合FT的條件？平衡摩擦記錄數(shù)據(jù)?M車(chē)m物W=Fl. v用計(jì)時(shí)器測(cè)1.橡皮筋做的功如何改變橡皮筋做的功？方案二:問(wèn)題:橡皮筋做功是恒力做功還是變力做功？?C B A?B要保證橡皮筋做功為整數(shù)倍需要選擇什么樣的橡皮筋?才能減少誤差?改變橡皮筋條數(shù)后為什么要把小車(chē)?yán)较嗤奈恢冕尫?不這樣會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果?橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)應(yīng)相同每條橡皮筋每次做功相等實(shí)驗(yàn)器材:木板、小車(chē)、橡皮筋(若干）、砝碼（應(yīng)該使小車(chē)的質(zhì)量大些）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電源、紙帶、釘子2探究過(guò)程中,我們是否需要測(cè)出橡皮筋做功的具體數(shù)值?橡皮筋彈力做功不容易計(jì)算,然而改用橡皮筋的條數(shù),保

3、持小車(chē)相同的運(yùn)動(dòng)距離,則彈力的功與橡皮筋條數(shù)成正比.即橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功分別為W、2W、3W3.應(yīng)該采用那些點(diǎn)距來(lái)計(jì)算小車(chē)的速度？. . . . . . . . . 小車(chē)運(yùn)動(dòng)情況:變加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)(a越來(lái)越小的加速運(yùn)動(dòng)) 勻速運(yùn)動(dòng)減速運(yùn)動(dòng)如圖:應(yīng)求小車(chē)勻速階段的速度.即:彈力做功剛完畢時(shí)利用倍數(shù)關(guān)系巧妙測(cè)變力做的功是本實(shí)驗(yàn)的精妙之處思考一: 1.還有其他力對(duì)小車(chē)做功嗎?為了使橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功即為合力功,怎么辦?GF阻FNFF2F1平衡摩擦mgsinmgcos. tan輕推小車(chē)小車(chē)能勻速運(yùn)動(dòng)應(yīng)該選后段點(diǎn)間距均勻的點(diǎn)思考二:平衡摩擦力后打出點(diǎn)跡是怎樣的？我們應(yīng)該選取紙袋上的哪部分點(diǎn)計(jì)算小車(chē)獲得的速

4、度？方法:判斷運(yùn)動(dòng)思考三:若未平衡摩擦力,請(qǐng)定性畫(huà)出所得紙帶是怎樣的？ABCDEFG數(shù)據(jù)處理WV2,即功與物體的速度的平方成正比.做出Wv的圖象,如果不是直線(xiàn).做出Wv2的圖象,如果是一條直線(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：4.在上述實(shí)驗(yàn)中打出的5 條紙帶中,分別找出小車(chē)開(kāi)始近似做勻速運(yùn)動(dòng)的點(diǎn),并分別測(cè)出勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度v1 、v2 、v3 、v4 、v5 .3.用2 條、3 條、4 條、5 條橡皮筋分別代替1 條橡皮筋重做實(shí)驗(yàn),保證每次釋放小車(chē)的位置相同,即橡皮筋被拉長(zhǎng)的長(zhǎng)度相同.1.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在一塊平板上,讓紙帶的一端夾在小車(chē)后端,另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.將平板安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)墊高,調(diào)整高度,直至

5、輕推小車(chē)后使小車(chē)恰能在板上做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)為止.2.將橡皮筋固定在小車(chē)前端.拉長(zhǎng)橡皮筋使小車(chē)位于靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,記下小車(chē)位置.接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,釋放小車(chē).二.實(shí)驗(yàn)過(guò)程?C B Aw01W2W3W4W5W6Wv00.81.11.281.531.761.89v200.641.211.642.343.13.57在探究功與物體速度變化關(guān)系時(shí)得到w-v的一組數(shù)據(jù)如下:請(qǐng)同學(xué)們幫該同學(xué)分析W與V間關(guān)系三.數(shù)據(jù)處理功與速度的關(guān)系得到的數(shù)據(jù)應(yīng)怎么處理?結(jié)論:過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn),說(shuō)明操作技巧 1.小車(chē)在木板上運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到阻力, 怎么補(bǔ)償?2.測(cè)量橡皮筋拉力做功時(shí)利用倍數(shù)關(guān)系巧妙地避開(kāi)直接測(cè)量變力做功的問(wèn)題(但必須注

6、意實(shí)驗(yàn)時(shí),每次拉長(zhǎng)橡皮筋的長(zhǎng)度應(yīng)該相等). 3.紙帶上的點(diǎn)距并不都是均勻的,應(yīng)該采用那些點(diǎn)距來(lái)計(jì)算小車(chē)的速度?為什么?誤差分析 1. 打出紙帶點(diǎn)數(shù)不能過(guò)少,否則找不出小車(chē)不受彈力勻速時(shí)打出的點(diǎn),描繪曲線(xiàn)要容易判斷曲線(xiàn)性質(zhì)2.在長(zhǎng)木板上,小車(chē)、鐵釘、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置應(yīng)調(diào)整適當(dāng),以保證打在紙帶上的點(diǎn)便于處理,求出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的速度.3.平衡摩擦力時(shí),可使木板略微傾斜,作為補(bǔ)償.4.小車(chē)的質(zhì)量較小,當(dāng)用多條橡皮筋時(shí),打出的點(diǎn)過(guò)少,應(yīng)改用質(zhì)量稍大的小車(chē)(或可加砝碼),以保證打出的點(diǎn)便于處理.5. 點(diǎn)并不是均勻的,應(yīng)選用均勻的部分來(lái)確定小車(chē)的速度.實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo) ： 探究功與速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)器材 ：長(zhǎng)木板、橡皮

7、筋(若干)、小車(chē)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、橡皮筋、電源、導(dǎo)線(xiàn)、刻度尺、木板、砝碼（應(yīng)該使小車(chē)的質(zhì)量大些） 注意事項(xiàng)： 1橡皮筋的選擇 2平衡摩擦力 3誤差分析 4橡皮筋的條數(shù) 5實(shí)驗(yàn)裝置的選取 實(shí)驗(yàn)小結(jié)【例1】在用如圖所示裝置做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí),下列說(shuō)法正確的是( ) A.通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)改變拉力做功的數(shù)值B.通過(guò)改變橡皮筋的長(zhǎng)度改變拉力做功的數(shù)值C.通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車(chē)加速過(guò)程中獲得的最大速度D.通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車(chē)加速過(guò)程中獲得的平均速度A C例2探究力對(duì)原來(lái)靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,實(shí)驗(yàn)主要過(guò)程如下:(1)設(shè)法讓橡皮筋

8、對(duì)小車(chē)做的功分別為W、2W、3W、;(2)分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶,求出小車(chē)的速度v1、v2、v3、;(3)作出W-v草圖;(4)分析W-v圖象.如果W-v圖象是一條直線(xiàn),表明Wv,如果不是直線(xiàn),可考慮是否存在Wv2、Wv3、W 等關(guān)系.以下關(guān)于該試驗(yàn)的說(shuō)法中有一項(xiàng)不正確,它是_.A.本實(shí)驗(yàn)設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功分別為W、2W、3W、。所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實(shí)驗(yàn)中使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保持一致。當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功為W，用2條、3條、橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功分別是2W、3W、。B.小車(chē)運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力，補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ梢?/p>

9、使木板適當(dāng)傾斜。C.某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，得到一條記錄紙帶。紙帶上打出的點(diǎn)，兩端密、中間疏。出現(xiàn)這種情況的原因， 可能是沒(méi)有使木板傾斜或傾角太小。D.根 據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn)，求小車(chē)獲得的速 度的方法，是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn) 的距離來(lái)進(jìn)行計(jì)算的。D 1.本節(jié)是一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn),探究的目的是A.探究力與運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系 B.探究力與運(yùn)動(dòng)加速度的關(guān)系C.探究力對(duì)物體做功與物體加速度變化的關(guān)系D.探究力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系D課堂練習(xí)2.對(duì)橡皮筋做功,直接測(cè)量是困難的,可以巧妙避開(kāi)這個(gè)難題而不影響問(wèn)題的解決,只需要測(cè)出每次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功是第一次的多少倍,使用的方法是A.用同樣的力對(duì)小

10、車(chē)做功,讓小車(chē)通過(guò)的距離依次是s、2s、3s進(jìn)行第1次、第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí),力對(duì)物體做的功就是W、2W、3W B.讓小車(chē)通過(guò)相同的距離,第1次力為F、第2次2F、第3次3F實(shí)驗(yàn)時(shí),力對(duì)小車(chē)做的功就是W、2W、3W C.選相同橡皮筋,實(shí)驗(yàn)中每次橡皮筋拉伸長(zhǎng)度相同,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)物體做的功就是W、2W、3W D.用彈簧秤測(cè)量對(duì)小車(chē)的拉力F, 用直尺測(cè)量小車(chē)移動(dòng)s,便可以求出每次F對(duì)小車(chē)做的功,可控制為W、2W、3W C3.在本實(shí)驗(yàn)中,小車(chē)在運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力作用,這樣,在小車(chē)沿木板滑行的過(guò)程中,除橡皮筋對(duì)其做功以外,還有阻力做功,這樣便會(huì)給

11、實(shí)驗(yàn)帶來(lái)誤差,我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中想到的辦法是,使木板略微傾斜,對(duì)于木板的傾斜程度,下面說(shuō)法正確的是A.木板只要稍微傾斜一些即可,沒(méi)有什么嚴(yán)格的要求B.木板的傾斜程度在理論上應(yīng)滿(mǎn)足下列條件:即重力使物體沿斜面下滑的分力應(yīng)等于小車(chē)受到的阻力C.如果小車(chē)不受拉力時(shí)在滑行的木板上能做勻速運(yùn)動(dòng),這木板的傾斜程度是符合要求的D.其實(shí)木板不傾斜,問(wèn)題也不大,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)總是存在誤差的BC4.某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗(yàn)證“動(dòng)能定理”，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖所示的裝置,另外他們還找到了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的學(xué)生電源、導(dǎo)線(xiàn)、復(fù)寫(xiě)紙、紙帶、小木塊、細(xì)沙當(dāng)滑塊連接上紙帶，用細(xì)線(xiàn)通過(guò)滑輪掛上空的小沙桶時(shí)，釋放小桶，滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)。

12、若你是小組中的一位成員, 要完成該項(xiàng)實(shí)驗(yàn), 則: （1）你認(rèn)為還需要的實(shí)驗(yàn)器材有 （2）實(shí)驗(yàn)時(shí)為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質(zhì)量應(yīng)滿(mǎn)足的實(shí)驗(yàn)條件是 ，實(shí)驗(yàn)時(shí)首先要做的步驟是 水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)滑輪小沙桶滑塊細(xì)線(xiàn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶長(zhǎng)木板天平，刻度尺 沙和沙桶的 總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量，平衡摩擦力5.小明同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究自行車(chē)的初速度與其克服阻力作功的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)的主要步驟是:找一段平直的路面,并在路面上畫(huà)一道起點(diǎn)線(xiàn);騎上自行車(chē)用較快速度駛過(guò)起點(diǎn)線(xiàn),并從車(chē)把手處自由釋放一團(tuán)很容易辨別的橡皮泥;車(chē)駛過(guò)起點(diǎn)線(xiàn)后就不再蹬自行車(chē)腳蹬，讓車(chē)依靠慣性沿直線(xiàn)繼續(xù)前進(jìn)；待車(chē)停下，記錄

13、自行車(chē)停下時(shí)的位置；用卷尺量出起點(diǎn)線(xiàn)到橡皮泥落地點(diǎn)間的距離s、起點(diǎn)線(xiàn)到終點(diǎn)的距離L及車(chē)把手處離地高度h.若自行車(chē)在行駛中所受的阻力為f并保持恒定.(2)自行車(chē)經(jīng)過(guò)起點(diǎn)線(xiàn)后克服阻力做功W=;(3)多次改變自行車(chē)經(jīng)過(guò)起點(diǎn)時(shí)的初速度,重復(fù)上述步驟 ,則每次只需測(cè)量上述物理量中的 和,就能通過(guò)數(shù)據(jù)分析達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?用己知的物理量和所測(cè)量表示)(1)自行車(chē)經(jīng)過(guò)起點(diǎn)線(xiàn)時(shí)的速度v=；f Ls L6.某興趣小組在做“探究做功和物體速度變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)前,提出了以下幾種猜想:Wv, Wv2, .他們的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,PQ為一塊傾斜放置的木板,在Q處固定一個(gè)速度傳感器(用來(lái)測(cè)量物體每次通過(guò)Q點(diǎn)的速度).在剛開(kāi)

14、始實(shí)驗(yàn)時(shí),有位同學(xué)提出,不需要測(cè)出物體質(zhì)量,只要測(cè)出物體初始位置到速度傳感器的距離和讀出速度傳感器的讀數(shù)就行了,大家經(jīng)過(guò)討論采納了該同學(xué)的建議0速度傳感器PLQv圖甲圖乙 請(qǐng)你簡(jiǎn)要說(shuō)明為什么不需要測(cè)出物體的質(zhì)量？ 讓小球分別從不同高度無(wú)初速釋放，測(cè)出物體初始位置到速度傳感器的距離L1、L2、L3、L4，讀出小球每次通過(guò)Q點(diǎn)的速度v1、v2、v3、v4、，并繪制了如圖乙所示的L- v圖象。若為了更直觀地看出L和v的變化關(guān)系，他們下一步應(yīng)怎么做？ 在此實(shí)驗(yàn)中，木板與物體間摩擦力的大小會(huì)不會(huì)影響探究出的結(jié)果，為什么？ 解： 因?yàn)閷?duì)物體做的功W與物體初始位置到測(cè)速器的距離L成正比。下一步應(yīng)該繪制L-

15、v 2圖象木板與物體間摩擦力的大小不會(huì)影響探究出的結(jié)果；因?yàn)槟Σ亮椭亓Φ暮狭?duì)物體做功也與距離L成正比7.某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖所示的裝置探究“動(dòng)能定理”，圖中小車(chē)中可放置砝碼，實(shí)驗(yàn)中，小車(chē)碰到制動(dòng)裝置時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面，打點(diǎn)針時(shí)器工作頻率為50 Hz實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下：在小車(chē)中放入砝碼，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車(chē)后端，用細(xì)線(xiàn)連接小車(chē)和鉤碼；將小車(chē)停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近， , ，小車(chē)拖動(dòng)紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一列點(diǎn)， ；改變鉤碼或小車(chē)中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復(fù)的操作 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器小車(chē)紙帶制動(dòng)裝置接通電源釋放小車(chē)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)圖1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

16、帶，在紙帶上選擇起始點(diǎn)O及A、B、C、D和E五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離測(cè)量點(diǎn)S/cmv/(ms1)O0.000.35A1.510.40B3.200.45C_D7.150.54E9.410.60S及對(duì)應(yīng)時(shí)刻小車(chē)的瞬時(shí)速度v，請(qǐng)將C點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果填在表1中的相應(yīng)位置在上車(chē)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，對(duì)于鉤碼、砝碼和小車(chē)組成的系統(tǒng)， 做正功， 做負(fù)功ABCDEO0123456789101112cm紙帶運(yùn)動(dòng)方向5.060.49鉤砝的重力小車(chē)受摩擦阻力實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出了圖2中的圖線(xiàn)（其中v2v2v02），根據(jù)圖線(xiàn)可獲得的結(jié)論是 要驗(yàn)證“動(dòng)能定理”，還需要測(cè)量的物理量是摩擦力和 02468100.000

17、.050.100.150.200.25s/cmv2/(m2s2)小車(chē)初末速度的平方差與位移成正比小車(chē)的質(zhì)量8.某學(xué)習(xí)小組做探究“合力的功和物體速度變化關(guān)系” 的實(shí)驗(yàn)，如圖，圖中小車(chē)是在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行，這時(shí)，橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功記為W. 當(dāng)用2條、3條，完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致。每次實(shí)驗(yàn)中小車(chē)獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出。紙帶小車(chē)橡皮筋打點(diǎn)計(jì)時(shí)器木板除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要導(dǎo)線(xiàn)、開(kāi)關(guān)、刻度尺和 電源（填“交流”或“直流”）；若木板水平放置，小車(chē)在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車(chē)速度最大時(shí)，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車(chē)所在的位置，下列說(shuō)法正確的是( )： A橡皮筋處于原長(zhǎng)狀態(tài) B橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)C小車(chē)在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線(xiàn)處 D小車(chē)已過(guò)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線(xiàn)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(chē)獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的 部分進(jìn)行測(cè)量（根據(jù)下面所示的紙帶回答）;ABFGHICDEK交流BG K 下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表，橡皮筋做功10個(gè)間隔距離x（m）10個(gè)間隔時(shí)間T（s）小車(chē)獲得速度vn(m/s)小車(chē)速度的平方vn2(