高中物理-7.6《實驗-探究功與物體速變化的關(guān)系》課件4-新人教版必修2

第六節(jié)實驗：探究功與速度變化(biànhuà)的關(guān)系第一頁，共41頁。一、實驗?zāi)康捏w驗和經(jīng)歷探究功與速度變化(biànhuà)(或動能變化(biànhuà))關(guān)系過程．二、實驗原理讓橡皮筋拉動小車運動一定的位移，通過改變橡皮筋的條數(shù)，改變拉力功的大小，看功的大小與物體速度(或動能)的變化(biànhuà)成怎樣的關(guān)系．三、實驗器材木板、小車、橡皮筋、打點計時器(或電火花計時器)、電源、紙帶等．第二頁，共41頁。四、實驗步驟1．按如圖所示安裝(ānzhuāng)好實驗儀器．第三頁，共41頁。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(huòdé)的速度v1，設(shè)此時橡皮筋彈力對小車做功為W，并將得到的數(shù)據(jù)記入表格．3．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相同，測出v2、v3、v4……橡皮筋對小車做功分別為2W、3W、4W……將數(shù)據(jù)記入表格．4．分析數(shù)據(jù)，嘗試作W-v、W-v2等圖象，探究W、v的關(guān)系．第四頁，共41頁。五、數(shù)據(jù)處理1．橡皮筋彈力的功的計算由于橡皮筋彈力隨其形變量而變，橡皮筋對小車的功無法用公式定量計算．本實驗巧妙地回避了功的計算．如果一條橡皮筋對小車做功為W，則兩條橡皮筋對小車做的功就是2W，三條橡皮筋對小車做功為3W，依次(yīcì)類推，各次實驗中橡皮筋對小車的功都可以用W的倍數(shù)來表達．第五頁，共41頁。第六頁，共41頁。3．功與速度關(guān)系(1)通過試探與分析，確定W與v的關(guān)系因為圖象上的直線關(guān)系最容易判斷兩個物理量間的關(guān)系，所以可分別試探畫出W與v、W與v2、W與v3、W與間關(guān)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(guān)系．(2)描點時既要觀察各點的位置關(guān)系，又要考慮應(yīng)有的函數(shù)關(guān)系，若拉力(lālì)大，小車速度大，點數(shù)少，可能使W與v成線性關(guān)系，控制小車速度，加大縱坐標單位長度，可減少誤差．第七頁，共41頁。六、注意事項1．本實驗是利用橡皮筋的多少表示橡皮筋做功的大小，不需要求出每次做功的具體數(shù)值，因此所選用的橡皮筋要長度、粗細相同．2．為了減小小車在運動中因受摩擦力帶來的誤差，可在長木板有打點計時器的一端下面墊一塊木塊，反復(fù)移動木塊位置，直至小車在斜面上向下運動時可以(kěyǐ)保持勻速直線運動，此時重力沿斜面方向的分力與摩擦力平衡，這樣可以(kěyǐ)消除摩擦力的影響．第八頁，共41頁。3．在用紙帶確定由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度時，應(yīng)該是橡皮筋恢復(fù)形變以后小車的速度，所以在紙帶上應(yīng)選用那些間距較大，且相對均勻的點來確定小車的速度．七、誤差分析誤差來源：一是由于忘記平衡摩擦力或沒有完全平衡摩擦力對實驗的影響；二是橡皮筋長度(chángdù)、粗細不一，使得拉力及拉力的功與條數(shù)不成正比帶來誤差；三是紙帶上點的間距測量也會帶來誤差．八、實驗結(jié)論通過作圖發(fā)現(xiàn)W－v2圖近似是一條直線，說明W∝v2.第九頁，共41頁。 某學(xué)習(xí)(xuéxí)小組做探究“合力做的功和物體速度變化的關(guān)系”的實驗，如圖所示，圖中小車是在一條橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行，這時，橡皮筋對小車做的功記為W，當用2條、3條…n條完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次…第n次實驗時，使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致．每次實驗中小車獲得的速度由打點計時器所打的紙帶測出．第十頁，共41頁。(1)除了圖中已有的實驗器材(qìcái)外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、刻度尺和________．(2)木板傾斜的目的是為了________________．第十一頁，共41頁。(3)若木板水平放置(fàngzhì)，小車在兩條橡皮筋的作用下運動，當小車速度最大時，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是______．A．橡皮筋處于原長狀態(tài)B．橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)C．小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處D．小車已過兩個鐵釘?shù)倪B線第十二頁，共41頁。(4)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(xiǎochē)獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的____________部分進行測量(根據(jù)如圖所示的紙帶回答)；第十三頁，共41頁。(5)下面是本實驗(shíyàn)的數(shù)據(jù)記錄表：物理量數(shù)據(jù)次數(shù)橡皮筋做的功10個間隔距離x(m)10個間隔時間T(s)小車獲得的速度vn(m/s)小車速度的平方v(m2/s2)1W0.28800.21.442.0722W0.41760.22.094.3633W0.48960.22.455.9944W0.59040.22.958.7155W0.64800.23.2410.50第十四頁，共41頁。從理論上講，橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系(guānxì)應(yīng)是Wn∝________.請運用表中測定的數(shù)據(jù)在圖中所示的坐標紙中作出相應(yīng)的圖象，并驗證理論的正確性．第十五頁，共41頁。解析：(1)要使打點計時器工作，還需要有電源．(2)木板傾斜的目的是為了使小車重力沿斜面方向的分力與摩擦力平衡，簡單說就是平衡摩擦力．(3)若木板水平放置，小車速度最大時橡皮筋的拉力與摩擦力相等，則此時橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)，小車未到達兩鐵釘連線，所以正確選項為B.(4)計算(jìsuàn)小車獲得的速度應(yīng)在小車勻速運動階段，因此應(yīng)取GK段進行計算(jìsuàn)．第十六頁，共41頁。(5)從理論上講，橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn∝v.為了(wèile)驗證這個理論的正確性，取Wn為縱坐標，v為橫坐標，用描點法作出圖線如圖所示，在誤差允許的范圍內(nèi)，圖象是經(jīng)過原點的一條直線，說明Wn與v成正比．第十七頁，共41頁?！绢}后總結(jié)】描點作圖的注意問題：(1)合理選取橫、縱坐標(一般應(yīng)使圖線理論上為一直線(zhíxiàn))；(2)合理選取標度，根據(jù)題目中所給數(shù)據(jù)選取標度使所作圖線大致占滿整個坐標紙；(3)畫直線(zhíxiàn)(或光滑曲線)時要使各點均勻分布在圖線的兩側(cè)，并盡量靠近圖線；(4)能辨別明顯誤點并排除．第十八頁，共41頁。【針對訓(xùn)練】1.下圖中所示為與小車相連(xiānɡlián)，穿過打點計時器的一條紙帶，紙帶上的點距并不都是均勻的，下面說法中正確的是()①紙帶的左端是與小車相連(xiānɡlián)的②紙帶的右端是與小車相連(xiānɡlián)的第十九頁，共41頁。③利用E、F、G、H、I、J這些點之間的距離來確定小車的速度④利用A、B、C、D這些點之間的距離來確定小車的速度A．①③ B．②④C．①④ D．②③解析：小車先加速后勻速，加速時速度小，點子密集，故紙帶右端與小車相連(xiānɡlián)，確定小車速度時，小車應(yīng)勻速運動，故應(yīng)該用A、B、C、D點確定小車速度，故選B.答案：B第二十頁，共41頁。 某同學(xué)在“探究功與速度變化的關(guān)系”實驗中，設(shè)計了如圖所示的實驗．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(jiētōnɡ)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．得到的紙帶如圖所示，O點為計時器打下的第1個點，該同學(xué)對數(shù)據(jù)進行了下列處理：取OA＝AB＝BC，并根據(jù)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.第二十一頁，共41頁。根據(jù)以上數(shù)據(jù)你能否大致(dàzhì)判斷W∝v2?第二十二頁，共41頁。第二十三頁，共41頁。也可根據(jù)W-v2圖象來判斷，如圖．答案：見解析【題后總結(jié)】(1)尋求物理量間關(guān)系常用(chánɡyònɡ)作圖法．(2)為直觀尋求物理量間關(guān)系，應(yīng)合理選取坐標來表示物理量，使圖線為直線．第二十四頁，共41頁。【針對訓(xùn)練(xùnliàn)】2.某同學(xué)利用如圖所示裝置探究功與速度變化關(guān)系，已知重錘質(zhì)量為m，當?shù)刂亓铀俣葹間.如圖所示，打點時間間隔為T，該同學(xué)讓重錘拖著紙帶由靜止下落，得到一條紙帶如圖，其中O點為初始位置，A、B、C、D、E各點到O點的距離分別為h1，h2，h3，h4，h5.則：(1)從開始到C點，重力對重物做功為______．(2)物體在打C點時速度為______．第二十五頁，共41頁。第二十六頁，共41頁。1．關(guān)于探究功與物體速度變化的關(guān)系實驗中，下列敘述正確的是()A．每次實驗必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值B．每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度(chángdù)沒有必要保持一致C．放小車的長木板應(yīng)該盡量使其水平D．先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出第二十七頁，共41頁。解析：本實驗沒有必要測出橡皮筋做功的具體數(shù)值，只要測出以后各次實驗時橡皮筋做的功是第一次的多少倍就足夠了，選項A錯．每次實驗橡皮筋拉伸的長度必須保持一致，只有(zhǐyǒu)這樣才能保證以后各次實驗時橡皮筋做的功是第一次的整數(shù)倍，否則，功的數(shù)值難以測定，選項B錯．小車運動中會受到摩擦阻力，應(yīng)使木板傾斜到一定程度以平衡摩擦力，從而減小誤差，選項C錯．實驗時，應(yīng)該先接通電源，讓打點計時器開始工作，然后再讓小車在橡皮筋的作用下彈出，選項D正確．答案：D第二十八頁，共41頁。2．在教材實驗中，小車會受到阻力，可以使木板稍微傾斜作為補償，則下面(xiàmian)操作正確的是()A．放開小車，能夠自由下滑即可B．放開小車，能夠勻速下滑即可C．放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可D．放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可解析：為了找到彈力做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，根據(jù)控制變量法，必須盡量避免其他力做功，或使其他力(當然包括紙帶對小車的阻力)做的總功為零，所以正確選項為D.答案：D第二十九頁，共41頁。3．某同學(xué)想利用自由落體運動“探究功與速度變化的關(guān)系”，實驗中，下列四組物理量中需要直接或間接測量的量有()A．重錘的質(zhì)量B．重力加速度C．重錘下落的高度(gāodù)D．與重錘下落高度(gāodù)對應(yīng)的重錘的瞬時速度解析：物體受力不變，可以利用下落高度(gāodù)關(guān)系代表功的關(guān)系，所以必須測量下落高度(gāodù)，再利用下落高度(gāodù)計算對應(yīng)各點的瞬時速度，故C、D對，A、B錯．答案：CD第三十頁，共41頁。4．如圖所示，小車的運動(yùndòng)情況可描述為：A、B之間為______運動(yùndòng)，C、D之間為________運動(yùndòng)．在探究功與速度關(guān)系的實驗中應(yīng)用________段測速度．第三十一頁，共41頁。解析：紙帶(zhǐdài)上的數(shù)據(jù)反映了小車的運動情況．由A到B之間可以看出，相鄰兩點間的位移越來越大，說明A到B這一段時間內(nèi)小車所做的運動為加速運動，而C、D之間各時間間隔內(nèi)的位移相等，故C、D之間小車的運動可看做勻速直線運動，所以測速度應(yīng)用CD段．答案：加速勻速直線CD第三十二頁，共41頁。5．某同學(xué)為探究“恒力做功與物體動能改變的關(guān)系”，設(shè)計(shèjì)了如下實驗，他的操作步驟是：①擺好實驗裝置如圖所示．第三十三頁，共41頁。②將質(zhì)量為200g的小車拉到打點計時器附近，并按住小車．③在質(zhì)量為10g、30g、50g的三種鉤碼中，他挑選了一個質(zhì)量為50g的鉤碼掛在拉線的掛鉤P上．④釋放小車，打開電磁打點計時器的電源，打出一條紙帶．(1)在多次重復(fù)實驗得到的紙帶中取出自認為滿意的一條，經(jīng)測量(cèliáng)、計算，得到如下數(shù)據(jù)：第三十四頁，共41頁。①第一個點到第N個點的距離為40.0cm.②打下第N點時小車的速度大小為1.00m/s.該同學(xué)將鉤碼的重力當做小車所受的拉力，算出拉力對小車做的功為________J，小車動能的增量為________J.(2)此次實驗探究結(jié)果，他沒能得到“恒力對物體做的功，等于物體動能的增量”，且誤差很大．顯然，在實驗探究過程(guòchéng)中忽視了各種產(chǎn)生誤差的因素．請你根據(jù)該同學(xué)的實驗裝置和操作過程(guòchéng)幫助分析一下，造成較大誤差的主要原因是：________________________________________________.第三十五頁，共41頁。第三十六頁，共41頁。(2)誤差很大的可能原因：①小車質(zhì)量不滿足遠大于鉤碼質(zhì)量，使鉤碼的重力與小車受到的線的拉力差別(chābié)較大；②沒有平衡摩擦力；③先放小車后開電源，使打第一個點時，小車已有一定的初速度．答案：(1)②0.1960.100(2)①小車質(zhì)量沒有遠大于鉤碼質(zhì)量；②沒有平衡摩擦力；③操作錯誤；先放小車后接通電源第三十七頁，共41頁。6．