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1、-1- 6.实验:探究功与速度变化的关系 自我检测自主阅读 一、探究思路 1.本实验 的探究思路:平板上的小车在力的作用下从静止开始运 动,测量力的大小及小车在力的作用下运动的距离,可以计算力做 的功。改变力的大小,或者改变小车在力的作用下运动的距离,力 对小车做的功不同,小车获 得的速度就会不同,由此得到功与速度 的几组数据。 2.探究功与速度的关系:以牵引力对小车做的功W 为纵 坐标,小 车获 得的速度v为横坐标,作出W-v图象,分析这个图象,可以了解 两者的定量关系。 3.常见的两种实验 方案 (1)方案一:由重物通过滑轮牵 引小车。 改变重物的质量或者改变小车运动的距离,也就改变了牵引
2、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。 (2)方案二:使小车在橡皮筋的作用下弹出。 改变橡皮筋的条数并使小车从同样的位置被弹出;测出小车被 弹出后的速度,寻找牵引力对小车做的功与小车速度的关系。 自我检测自主阅读 自我检测自主阅读 二、操作与作图的技巧 1.平衡摩擦阻力:不挂重物时,使木板略微倾斜,若小车拖动纸带 打出的点迹是均匀分布的,可以认为 已经平衡了摩擦阻力。 2.第二个方案中的作图技巧:在第二个方案中,难以测量橡皮筋 的功。用一根橡皮筋的功作为单 位,当用两根橡皮筋时就用两个 功单位表示,依次类推。 三、数据的处理 先对测 量数据进行估计,或者作个W-v草图,大
3、致判断两个量可 能是什么关系。如果认为 很可能是Wv2,就以W为纵 坐标,v2为横 坐标作图。如果这样 作出的图象是一条直线,说明两者关系真的 是Wv2。 自我检测自主阅读 正误辨析 (1)用橡皮筋做实验时 ,橡皮筋的弹力做功可以用公式W=Fl计算。 ( ) 解析:橡皮筋的弹力是变力,不能用公式W=Fl计算功。 答案: (2)实验 中平衡摩擦力时,若纸带 上打出的点越来越密,就应调 大斜 面倾角。( ) 答案: (3)实验 中使用的若干条橡皮筋的原长可以不相等。( ) 解析:为了保证实验中橡皮筋做的功与条数成正比,橡皮筋的规格 必须是相同的。 答案: 自我检测自主阅读 (4)可用n根相同的橡皮
4、筋每次拉长都一样,这样 做功就是W与nW 之间的关系。 ( ) 答案: 探究一探究二 情景导导引 实验 方案如图所示,由重物通过滑轮牵 引小车运动,实验 需要 满足什么条件才能把重物所受的重力当作小车受到的牵引力?如 何测量牵引力的功? 要点提示小车的质量比重物的质量大很多。测出重物的质量,从 打点计时器打出的纸带测量出小车运动的距离,就可以计算牵引力 做的功。 借助恒力做功探究功与速度变变化的关系 探究一探究二 知识归纳识归纳 1.实验步骤 (1)按如图所示安装好实验仪 器。 (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,不挂钩码 ,接通电源
5、,轻推小车, 直到打点计时 器在纸带 上打出间隔均匀的点为止。 (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,先接通电源,再释放小车,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。 探究一探究二 2.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 求出点1、点2、点3对应 的瞬时速 度v1、v2、v3。
6、 (3)确定此纸带 所挂的钩码 的重力G,利用Wn=Gxn,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W-v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 。 探究一探究二 3.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)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 与重力G的乘积表示即可。 探究一探究二 典例剖析 【例1】某实验 小组采用如图甲所示的装置探究功与速度变化 的关系,图中小车中可放置
7、砝码,实验 中,小车碰到制动装置时,钩 码尚未到达地面,打点计时 器的工作频率为50 Hz。 探究一探究二 (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。 (2)图乙是钩码质 量为0.03 kg、砝码质 量为0.02 kg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
8、中的相应位置。 乙 探究一探究二 纸带 的测量结果 (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: ; 。 探究一探究二 答案:(1)先接通电源 再释放小车 关闭打点计时器电源 (2)5.18(5.165.19均可) 0.49 (3)平衡摩擦力 钩码 的重力远小于小车及砝码的重力和 探究一探究二 情景导导引 实验 方案如图所示,使小车在橡皮筋的作用下弹出,实验 需要满 足什么条件?怎样比较多次实验 中橡皮筋的功? 要点提示每次必须使用相同的橡皮筋,每次拉伸的长度必须相同 。满足上述条件时,每次橡皮筋对小车做的功与橡皮筋的条数成正
9、比。 借助变变力做功探究功与速度变变化的关系 探究一探究二 知识归纳识归纳 1.实验步骤 (1)按图组 装好实验仪 器,由于小车在运动中会受到阻力,把木板 略微倾斜,使小车在木板上匀速运动,以平衡摩擦力。 (2)先用一条橡皮筋进行实验 ,把橡皮筋拉伸一定长度,理顺纸带 ,接通电源,放开小车。 (3)换用纸带 ,改用2条、3条同样的橡皮筋进行第2次、第3 次实验 ,每次实验 中橡皮筋拉伸的长度都相同。 探究一探究二 (4)由纸带 上点迹均匀部分算出小车获 得的速度,把各次实验获 得的速度依次记入设计 的表格中。 (5)对所测数据进行估计,大致判断两个量可能的关系,然后以W 为纵 坐标,以v(v2
10、、v3)为横坐标作图。 2.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 中不必测出功的具体数值,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 部分来求小车的速度。 探究一探究二 3.数据处理与结果 (1)以拉力(或合力)做的功W为纵 坐标,注意单位为一根橡皮筋做 的功W0,以v为横坐标,作出W-v图象。若如图甲所示为曲
11、线,尝试 作W-v2图象。 如图乙,若W-v2图线为 直线,则说 明Wv2。 (2)结论 :橡皮筋对小车的拉力(合力)做的功与小车速度的二次 方成正比,即Wv2。 探究一探究二 典例剖析 【例2】 某实验 小组采用如图甲所示的装置探究功与速度变化 的关系,小车在橡皮筋的作用下弹出后,沿木板滑行。打点计时 器 的工作频率为50 Hz。 (1)实验 中木板略微倾斜,这样 做 ; A.是为了使释放小车后,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 探究一探究二 (2)实验 中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条合并
12、起来挂 在小车的前端进行多次实验 ,每次都要把小车拉到同一位置再释 放。把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为 W1,第二 次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W1橡皮筋对小车 做功后而使小车获 得的速度可由打点计时 器打出的纸带测 出。 根据第四次的纸带 (如图乙所示)求得小车获 得的速度为 m/s。 探究一探究二 (3)若根据多次测量数据画出的W-v图象如图所示,根据图线 形 状,可知对W与v的关系符合实际 的是图 。 解析:(1)木板倾斜是为了消除摩擦力的影响,可使得橡皮筋做的 功等于合力对小车做的功,橡皮筋松弛后小车做匀速运动。 (2)小车的速度应从匀速运动部分取纸带,可得小
13、车获得的速度为 2.0 m/s。 (3)根据W= mv2,得Wv2,所以应选C。 答案:(1)CD (2)2.0 (3)C 1234 1.在探究功与速度变化的关系的实验 中,我们并不需要测出橡皮 筋做的功到底是多少,只需测出以后各次实验时 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.用同样的力对小车作用,让小车通过的距离为s、2s、3s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、 3W B.让小车通过相同的距离,第1次力为F,第2次力为2F,第3次力为 3F实验时 ,力对小车做的功就是W、2W、3W C.选用同样的橡皮筋,在实验 中每次橡皮筋拉伸的
14、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、3W D.利用弹簧测力计测 量对小车的拉力F,利用刻度尺测量小车在 力的作用下移动的距离s,便可求出每次实验 中力对小车做的功,可 控制为W、2W、3W 1234 解析:实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致,就可以保证每根橡 皮筋所产生的拉力相等,且每次实验时小车在力的方向上发生的位 移相等,再通过改变橡皮筋条数进行实验,故C正确。 答案:C 1234 2.关于探究功与速度变化的关系实验 ,下列叙述正确的是 ( ) A.每次实验 必须设 法算出橡皮筋对小车做功的具体数值 B.每次
15、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.先接通打点计时 器电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出 解析:本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳,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,只有使长木板倾斜到一定程度,平衡摩擦 力,才能减小误差,C错;实验时,应该先接通电源,让打点计时器打点 稳定,然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出,D正确。 答案:D 1234 3.在探究恒力做功与
16、动能改变的关系实验 中(装置如图甲所示): 甲 (1)下列说法哪一项是正确的( ) A.平衡摩擦力时必须将钩码 通过细线 挂在小车上 B.为减小系统误 差,应使钩码质 量远大于小车质 量 C.实验时 ,应使小车靠近打点计时 器并由静止释放 1234 (2)图乙是实验 中获得的一条纸带 的一部分,选取O、A、B、C计 数点,已知打点计时 器使用的交变电 流频率为50 Hz,则打B点时小 车的瞬时速度大小为 m/s(保留三位有效数字)。 乙 1234 解析:平衡摩擦力的原理就是在没有拉力的情况下调整斜面倾角, 使小车重力沿木板向下的分力平衡小车和纸带所受阻力,不应挂钩 码,A错;为减小系统误差应使钩码质量远小于小车质量,B错;实验 时使小车靠近打点计时器能充分利用纸带,由静止释放则测出的动 能即等于该过程的动能变化量,便于利用实验数据进行探究,故选C 。(2)据 =0.653 m/s可得打B点时小车的瞬时速度。 答案:(1)C (
