高中物理（情景切入+课前导读+问题探究+知能演练）第7章 第6节 实验 探究功与速度变化的关系课件 新人教版必修2

第六节实验：探究功与速度变化的关系第六节实验：探究功与速度变化的关系“车神舒马赫”舒马赫是当之无愧的车神在赛季之初，舒马赫的实力一度受到怀疑，2003赛季舒马赫的冠军应该说是最艰难的一次，F2003GA并没有真正让舒马赫成为无敌，在关键时刻，舒马赫靠的是自己的经验、出色的技术以及临场的发挥，当然不能缺少的是天赋，舒马赫就是集这些因素于一家的车神车神在2004赛季的表现，在全世界又掀起一股强烈的红色风潮，实在让人不服不行1通过设计实验探究功与物体速度的变化关系，理解动能的概念2通过实验器材、思路、技巧及数据处理方法，体验科学的探究方法，培养科学探究的方法意识和能力3通过探究实验的设计和过程，培养自主合作的科学精神和实事求是的科学态度课前预习1探究的目的是研究外力对物体_与物体_的关系2小车的末速度用_来测量3本实验并不需要测量橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要测出以后各次实验橡皮筋做的功是第一次实验时的_，这样做可以大大简化操作做功速度的变化纸带和打点计时器倍数4实验所选取的器材：平板、小车、_、钉子、_、纸带5寻找功与速度变化的关系以橡皮筋的_为纵坐标，_为横坐标，作出Wv曲线(即功速度曲线)分析这条曲线，得出橡皮筋的拉力对小车所做的功与小车获得的速度的定量关系小车的速度v橡皮筋打点计时器拉力所做的功W探究的思路及过程1探究思路用如右图所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加通过打点计时器和纸带测量每次橡皮筋对小车做功结束时小车的速度v.2选用器材(1)小车(前面带小钩)；(2)长木板，在两侧适当的对称位置3探究过程(1)按如上图所示将实验仪器安装好(2)先用1条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为W1，将这一组数据记入表格(3)用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这样橡皮筋对小车做的功为2W，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格钉两个铁钉；(3)打点计时器及纸带；(4)学生电源及导线(使用电火花计时器时不用学生电源)；(5)56条完全相同的橡皮筋名师提示：探究实验中的重要方法及技巧(1)一条橡皮筋对小车做的功很难确定，如果改用两条橡皮筋，在完全相同的情况下橡皮筋对小车做的功仍很难确定但是，若以一条橡皮筋对小车做的功W为单位，则两条相同的橡皮筋做的功为2W，这里巧妙地应用了比例关系橡皮筋条数123456力对小车做的功W2W3W4W5W6W小车获得的速度(4)用3条、4条橡皮筋做实验，用同样的方法测出速度，记入表格.(2)将问题转化以简化实验过程实验的目的是探究外力对物体做的总功与物体速度变化的关系本实验总是让小车从静止开始运动，使测定两个速度(初速度和末速度)的问题转化为只需测定一个末速度的问题，非常有利于操作和数据处理(也有不足之处) 尝试应用1对于橡皮筋做的功来说，直接测量是有困难的我们可以巧妙地避开这个难题而不影响问题的解决，只需要测出每次实验时橡皮筋对小车做的功是第一次实验的多少倍，使用的方法是()A用同样的力对小车做功，让小车通过的距离依次为x、2x、3x进行第1次、第2次、第3次实验时，力对小车做的功就是W、2W、3WB让小车通过相同的距离，第1次力为F、第2次力为2F、第3次为3F实验时，力对小车做的功就是W、2W、3W、3WC选用同样的橡皮筋，在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致，当用1条、2条、3条同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第3次实验时，橡皮筋对小车做的功就是W、2W、3WD利用弹簧测力计测量对小车的拉力F，利用直尺测量小车在力作用下移动的距离x，便可以求出每次实验中力对小车做的功，可控制为W、2W、3W解析：在课本探究的思路中，要求改变橡皮筋的条数，在橡皮筋伸长一样时就得到功的关系，既不是改变位移，也不是改变力F，所以不能选A、B.更不能直接测量，也不选D.答案：C实验中应注意哪些问题1平衡摩擦力实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们研究的是橡皮筋做的功与物体速度的关系，应设法排除摩擦力的影响可采用将木板一端垫高的方法来做实验，将木板一端垫高，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就能消除摩擦力的影响2纸带的数据处理打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度，因为这一段是橡皮筋对小车做完功后的情形3不需要求出功的数值本实验是利用橡皮筋伸长量的多少表示拉力做功的大小，但不需要求出做功的值(每条橡皮筋做的功大小相等)4如何通过图像处理数据我们无法直接由一些数据得出规律性的结论，故需借助于图像分析，而最容易想到的是W与v的关系，但得到的图线无法得出结论，故再作Wv2图线，进而得出结论5实验中物体的初速度为零名师提示：本实验误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，致使橡皮筋的拉力做的功与橡皮筋的条数不成正比；其次是速度的测量误差，小车受力为零的位置不一定在设定的位置；由于小车不受拉力的位置不一定在设定点，这就使拉力做的功与橡皮筋的条数不成正比，这样作出的图像就会发生偏离尝试应用2在本实验中，小车在运动中会受到阻力作用这样，在小车沿木板滑行过程中，除橡皮筋对其做功以外，还有阻力做功，这样便会给实验带来误差，我们在实验中想到的办法是，使木板略微倾斜，对于木板的倾斜程度，下列说法中正确的是()A木板只是稍微倾斜一下即可，没有什么严格的要求B木板的倾斜角度在理论上应满足下面的条件：即重力使物体沿斜面下滑的分力应等于小车受到的阻力C如果小车在木板上能做匀速运动，则木板的倾斜程度是符合要求的D其实木板不倾斜，问题也不大，因为实验总是存在误差的解析：当重力沿斜面向下的分力等于阻力，在橡皮筋对小车不做功时，小车就会匀速运动答案：B实验的原理及操作 关于“探究功与速度变化的关系”实验中，下列叙述正确的是()A每次实验必须设法求出橡皮筋对小车做功的具体数值B每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C放小车的长木板应该尽量使其水平D先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出解析：实验中没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少，只要测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足够了，A错；每次实验橡皮筋拉伸的长度必须保持一致，只有这样才能保证以后各次实验时，橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍，B错；小车运动中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，才能减少误差，C错；实验时，应该先接通电源，让打点计时器开始工作，然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出，D正确答案：D名师归纳：探究性实验中应该注意的问题主要是操作步骤和实验数据中的问题、规范做实验、明确实验原理和数据处理的方法是解题关键变式应用1在探究功与速度变化的关系的实验中，下列说法中正确的是()A长木板要适当倾斜，以平衡小车运动中受到的阻力B重复实验时，虽然用到橡皮筋的条数不同，但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同C利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点最密集的部分进行计算D利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点最稀疏的部分进行计算C实验数据的处理 在“探究功与速度变化的关系”实验中得到甲、乙两组数据(说明：小车质量为300 g，使用的橡皮筋由1根增加至6根，每次增加1根，小车受力方向的位移即橡皮筋被拉伸的长度为19 cm)：试根据以下数据分别在图甲和图乙中画出Wv图、Wv2图数据甲：v/(ms1)0.000.801.101.281.531.761.89W/J0W02W03W04W05W06W0由此得出结论：_ _.数据乙：v2/(m2s2)0.000.641.211.642.343.103.57W/J0W02W03W04W05W06W0解析：分析数据描点可作图(如图甲、乙所示)由此可得出结论：外力做的功与速度的平方成正比答案：见解析名师归纳：解答这类问题时应注意：(1)合理地选取横、纵坐标(一般应使图线理论上为一直线)；(2)根据题目中所给数据合理地选取标度，使所作图线大致占满整个坐标纸；(3)画图线时要使尽可能多的点落在图线上，不在图线上的点均匀分布在图线的两侧；(4)能辨别明显错误的点并排除变式应用2在“探究功与物体速度变化关系”的实验中，甲、乙两位同学的实验操作均正确甲同学根据实验数据作出了功和速度的关系图线，如图甲所示，并由此图线得出“功与速度的平方一定成正比”的结论乙同学根据实验数据作出了功与速度平方的关系图线，如图乙所示，并由此也得出“功与速度的平方一定成正比”的结论关于甲、乙两位同学的分析，你的评价是()A甲的分析不正确，乙的分析正确B甲的分析正确，乙的分析不正确C甲和乙的分析都正确D甲和乙的分析都不正确解析：功与速度的平方成正比，即Wkv2，因此作出的Wv的图象是抛物线的一部分答案：C基础练1在探究功与速度变化的关系的实验中，下列说法正确的是()A通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值B通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值C通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度D通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度AC2为了计算由于橡皮筋做功而使小车获得的速度，在某次实验中某同学得到了如图所示的一条纸带，在A、B、C、D中应该选用哪个点的速度才符合要求()C3在探究功与物体速度变化的关系的实验中，某同学在一次实验中得到了一条如图所示的纸带，这条纸带上的点两端较密，中间疏，出现这种情况的原因，不可能是()A电源的频率不稳定B木板倾斜程度太大C没有使木板倾斜或倾角太小D小车受到的阻力较大B4在本实验中作出的Wv图线如图所示，应为()解析：由于Wv2图线是一条直线，所以Wv图线应是开口向上的抛物线，只有B对答案：B5实验中木板略微倾斜，这样做()A是为了释放小车后，小车能匀加速下滑B是为了增大小车下滑的加速度C可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功D可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动CD6若打点计时器打点时间间隔是0.02 s，则通过如下图所示的纸带的点距可求出小车由于橡皮筋做功后而获得的速度为_ m/s. 解析：题目要求小车由于橡皮筋的弹力做功后而获得的速度，则此时小车应该脱离弹簧，所以小车将做匀速直线运动，应该选取打点均匀的一部分计算小车的最终速度，故有 v 答案：1.2提高练7.某研究性学习小组觉得教材中实验的测量过程较复杂，改进如下：如图所示，将教材中实验的长木板放在桌面的边缘，小车的前端放一小球，小车在橡皮筋作用下加速运动，到桌面边缘后小车在挡板作用下停止运动，小球做平抛运动，测出橡皮筋的条数为1、2、3、n时小球的平抛距离x1、x2、x3、xn，则()A如果忽略一切摩擦，xn(n为橡皮筋的条数)B如果忽略一切摩擦，x2n(n为橡皮筋的条数)C该实验中小车受到的摩擦力可以通过倾斜木板的方法平衡而不产生新的误差D该实验中倾斜木板会产生误差解析：由Wv2、xv、Wn得x2n，选项A错误，B正确；该实验应用了平抛运动的规律，如果木板倾斜，则变为斜抛，将产生误差，选项C错误，D正确答案：BD8某同学在做实验“探究功与速度变化的关系”时，得到的数据如表1.(1)由表中数据可得出定性结论：_ _.(2)设一条橡皮筋拉长到固定长度所做的功为W0，大致画出橡皮筋所做的功W与小车速度v的图象实验序号12345橡皮筋条数13457小车速度v/(ms1)0.711.231.421.581.87表1(3)由画出的图象大致可判断W与v的关系是_(4)填写表2中的空白部分实验序号12345橡皮筋条数W0v2/(m2s2)W与v的关系解析：每条橡皮筋拉长的长度都一样，一条橡皮筋拉长到固定长度所做的功为W0，则第2、3、4、5次拉长橡皮筋做的功应分别为3W0、4W0、5W0、7W0.表2(1)定性结论：橡皮筋做的功与小车获得的速度有关，并且做功越多，小车获得的速度越大(2)橡皮筋所做的功W与小车速度v的图象为抛物线，如右上图所示(3)可能是Wv2.(4)如下表所示.答案：见解析实验序号12345橡皮筋做功W03W04W05W07W0v2/(m2s2)0.501.502.002.503.50W与v的关系Wv29.质量为1 kg的重物自由下落，通过打点计时器在纸带上记录运动过程，打点计时器所接电源为6 V、50 Hz的交流电源如下图所示，纸带上O点为重物自由下落时纸带打点的起点，选取的计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点(图中未画出)，各计数点与O点距离依次为31.4、70.6、125.4、195.9、282.1、383.8、501.2，单位为mm.则：(1)求出B、C、D、E、F各点的速度并填入下表；计数点BCDEF速度/(ms1)(2)求出物体下落时从O点到图中各点过程中重力所做的功，并填入下表；计数点BCDEF功/J(3)适当选择坐标轴，在图中作出物体重力做的功与物体速度的平方之间的关系图象图中纵坐标表示_，横坐标表示_，由图可得重力所做的功与_成_关系答案：(1)1.18 m/s1.57 m/s1.96 m/s2.35 m/s2.74 m/s(2)0.69 J1.23 J1.92 J2.76 J3.76 J(3)重力做的功物体速度的平方速度的平方正比