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6实验：探究功与速度变化的关系,第七章机械能守恒定律,学习目标1.通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系.2.学习利用图象法探究功与物体速度变化的关系.,内容索引,题型演练学以致用实训演练,达标检测检测评价达标过关,技能储备明确原理提炼方法,技能储备,一、方案一借助恒力做功探究功与速度变化的关系,1.原理由钩码通过滑轮牵引小车，当小车的质量比钩码质量大得多时，可以把钩码所受的当作小车受到的牵引力.如图1所示.,图1,改变钩码的或者改变小车运动的，也就改变了牵引力做的功，从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系.,重力,质量,距离,2.实验步骤(1)按图所示安装好实验器材.(2)平衡摩擦力：将安装有打点计时器的长木板的一端垫高，让纸带穿过打点计时器连在小车后端，(填“不挂”或“挂上”)钩码，接通电源，轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出的点为止.(3)在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线绕过滑轮连接小车和钩码.(4)将小车停在打点计时器附近，先，再，小车运动一段时间后，关闭打点计时器电源.(5)改变钩码的数量，更换纸带重复(4)的操作.,不挂,间隔均匀,接通电源,释放小车,3.数据处理(1)选取点迹清晰的纸带，选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0、1、2、3.(2)测出0到点1、点2、点3的距离，即对应的小车的位移x1、x2、x3，利用公式vn求出点1、点2、点3对应的瞬时速度v1、v2、v3.(3)确定此纸带所挂的钩码的重力G，利用Wn，分别求出小车的位移为x1、x2、x3时牵引力所做的功W1、W2、W3.(4)先对测量数据进行估算，或作Wv草图，大致判断两个量可能的关系，如果认为是Wv2(或其他)，然后以W为纵坐标，v2(或其他)为横坐标作图，从而判定结论.,Gxn,4.注意事项(1)平衡摩擦力时，不挂钩码，轻推小车后，小车能做匀速直线运动.(2)为保证钩码的重力近似等于小车受到的牵引力，应使钩码的质量远小于小车的质量.(3)计算牵引力做功时，可以不必算出具体数值，只用位移的数值与符号G的乘积表示即可.,二、方案二借助橡皮筋做功探究功与速度变化的关系,1.原理使小车在橡皮筋的作用下弹出，如图2所示.,图2,改变橡皮筋的条数(用n表示条数)，橡皮筋对小车做的功分别是一条橡皮筋做功时的，测出小车被弹出后的速度，能够找到橡皮筋对小车做的功与小车速度的关系.,n倍,2.实验步骤(1)按图所示安装实验器材.(2)平衡摩擦力.(3)第一次先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋弹力对小车做的功为W，并将测得的数据记入表格.(4)换用2条、3条、4条同样的橡皮筋做实验，并使橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，测出v2、v3、v4，橡皮筋对小车做功分别为2W、3W、4W，将数据记入表格.,3.数据处理(1)速度数值的获得：实验获得的是如图3所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功与小车速度变化的关系，需要测量的是弹力做功结束时小车的速度，即小车做的速度.所以，应该在纸带上测量的物理量是图中间隔均匀的点A1、A3间的距离x，小车此时速度的表达式为v，其中T是打点计时器的打点周期.,匀速运动,图3,(2)计算橡皮筋弹力对小车做的功分别为W、2W、3W时对应的v、v2、v3、的数值，填入表格.(3)逐一与W的一组数值对照，判断W与v、v2、v3、的可能关系或尝试着分别画出W与v、W与v2、W与v3、W与间关系的图象，找出哪一组的图象是直线，从而确定功与速度的正确关系.,4.注意事项(1)实验时选择粗细、形状、长度、材料完全相同的橡皮筋.(2)每次实验时都让小车从同一位置由静止释放，即保证每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致.(3)实验中不必算出功的具体数值，只要测出以后各次实验时做的功是第一次实验时的多少倍即可.(4)平衡摩擦力时，不要拴橡皮筋，但应连着纸带且接通电源.(5)打出的纸带上的点间距并不都是均匀的，应选取点间距均匀的部分来求小车的速度.,题型演练,例1如图4所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况.利用该装置可以完成“探究做功与物体速度变化的关系”的实验.,答案,一、借助恒力做功探究功与速度变化的关系,图4,(1)打点计时器使用的电源是_(填选项前的字母).A.直流电源B.交流电源,(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是_(填选项前的字母).A.把长木板右端垫高B.改变小车的质量在不挂重物且_(填选项前的字母)的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响.A.打点计时器不打点B.打点计时器打点,答案,(3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O.在纸带上依次取A、B、C若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T.测得A、B、C各点到O点的距离分别为x1、x2、x3，如图5所示.,图5,实验中，重物质量_小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg.A.远小于B.远大于C.等于,答案,(4)从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W_，打B点时小车的速度v_.,mgx2,答案,例2某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图6所示，图中小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时，橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条、完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、实验时(每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致)，每次实验中小车获得的速度根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算.,二、借助橡皮筋做功探究功与速度变化的关系,解析,答案,图6,(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和_(选填“交流”或“直流”)电源.,交流,解析打点计时器使用的是交流电源.,(2)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力，则下面操作正确的是A.放开小车，能够自由下滑即可B.放开小车，能够匀速下滑即可C.放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可D.放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可,解析平衡摩擦力时，应将纸带穿过打点计时器系在小车上，放开拖着纸带的小车，小车以及纸带与打点计时器之间的摩擦力和小车的重力沿木板方向的分力平衡，故D正确.,解析,答案,(3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是A.橡皮筋处于原长状态B.橡皮筋仍处于伸长状态C.小车在两个铁钉的连线处D.小车已过两个铁钉的连线,解析木板水平放置，未平衡摩擦力.放开小车后，小车做加速运动，当橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小时，小车的速度最大，此时橡皮筋仍处于伸长状态，小车在两个铁钉连线的左侧，尚未到两个铁钉的连线处，故B正确.,解析,答案,(4)在操作正确的情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用图7纸带的_(填“AG”或“GJ”)部分进行测量.,解析从纸带上看，纸带的GJ段打点比较均匀，所以应选用纸带的GJ段进行测量.,解析,答案,图7,GJ,例3在做“探究功与物体速度变化的关系”的实验时，小车的质量为m，使用橡皮筋6根，每次增加一根，实验中W、v、v2的数据已填在表格中.(1)试在图8甲、乙中作出相应关系图象.,图8,答案,解析,答案见解析图,解析如图所示,(2)从图象可以得出的实验结论是_.,Wv2,答案,解析,解析从图(b)看出Wv2.,达标检测,1.(借助橡皮筋做功探究功与速度变化的关系)小王同学做“探究合力做功与物体速度变化关系”的实验装置如图9甲所示，小车在橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行.先平衡摩擦力，用1条橡皮筋对小车做的功记为W，当用2条、3条实验时，每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致.实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.(1)在实验准备过程，小王整理了一些实验,答案,1,2,3,图9,低压交流电源、刻度尺、导线,器材如图乙所示，还缺少的器材是(3个)_；,(2)用一条纸带穿过打点计时器，该同学发现有图10中的两种穿法，感到有点犹豫.你认为_(选填“A”或“B”)的穿法更合理；,答案,1,2,3,图10,B,(3)该同学在实验过程中，应平衡摩擦力；应选长短、粗细一样的橡皮筋若干；每次实验都让小车从同一地点由静止释放.以上操作对“实验中每条橡皮筋做相同的功”这一要求有帮助的是_(填序号).,答案,1,2,3,2.(借助恒力做功探究功与速度的关系)某实验小组采用如图11所示的装置探究功与速度变化的关系，图中小车中可放置砝码，实验中，打点计时器的工作频率为50Hz.,解析,答案,1,2,3,(1)实验的部分步骤如下：在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；将小车停在打点计时器附近，_，_，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一系列点，_；改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复的操作.,图11,先接通电源再释放小车,关闭打点计时器电源,解析将小车停在打点计时器附近后，需先接通电源，再释放小车，让其拖动纸带，待打点计时器在纸带上打下一系列点后，关闭打点计时器电源.,1,2,3,纸带的测量结果,(2)图12是钩码质量为0.03kg、砝码质量为0.02kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D、E计数点，可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v，请将C点的测量结果填在表中的相应位置.,图12,答案,解析,1,2,3,5.18(5.165.20均可),0.49,解析在验证C点时，由题图可知，C点与刻度尺上的6.18cm(6.166.20cm均可)对齐，所以C点距O点的距离是xOC5.18cm(5.165.20cm均可).从纸带上可知C点的速度就是BD段的平均速度，,1,2,3,(3)本实验，若用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，应采取的两项措施是：_；_.,答案,解析,1,2,3,平衡摩擦力令钩码的重力远小于小车及砝码的总重力,解析平衡摩擦力后，线上的拉力就等于小车受到的合外力.当钩码的重力远小于小车及砝码的总重力时，线上的拉力就近似等于钩码的重力.,
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