《2018年人教版物理必修二优质课件：第七章 机械能守恒定律7.6实验探究功与速度变化的关系》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018年人教版物理必修二优质课件：第七章 机械能守恒定律7.6实验探究功与速度变化的关系（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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.简述本实验的探究思路。 答案: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.怎样探究功与速度的关系? 答案: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,即功速度图象,分析这个图象,可以了解两者的定量关系。,自我检测,自主阅读,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
2、运动的距离,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。 (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,二、操作与作图的技巧 1.实验中怎样平衡摩擦阻力?满足什么条件可以认为已经平衡了摩擦阻力? 答案:使木板略微倾斜,以补偿摩擦阻力的影响。不挂重物时,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.在第二个方案中,难以测量橡皮筋的功,怎样选取作图的单位? 答案: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
3、示,依次类推。,自我检测,自主阅读,三、数据的处理 1.如果作出的功速度曲线是一条直线,表明牵引力做的功与小车获得的速度的关系是正比关系。 2.实验中如何进行数据处理会更简单直观? 答案:先对测量数据进行估计,或者作个W-v草图,大致判断两个量可能什么关系。然后根据自己的判断作出相应的关系图象,最后作出一条直线。,自我检测,自主阅读,1.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
4、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,2.由于橡皮筋弹力随其形变量而变,那么如何处理橡皮筋对小车做的功? 答案:可用多根相同的橡皮筋每次拉长都一样,这样做功就是W与nW之间的关系。,自我检测,自主阅读,3.方案二实验中若不平衡摩擦力,纸带上的点会是什么样的?平衡摩擦力后,纸带上的点又会是什么样的? 答案:若不平衡摩擦力,小车在开始时受橡皮筋的弹力和摩擦力。拉力逐渐变小,摩擦力不变。在两个力相等前做加速度越来越小的加速运动,两力相等时速度达到最大,之后两力的合力方向与速度方向相反,做加速度越来越大的减速运动
5、,当橡皮筋恢复原长后仅受摩擦力,做匀减速直线运动。故纸带上的点是两头密、中间疏,几乎找不到间距相等的点。 平衡摩擦后,小车开始做加速度越来越小的加速运动,橡皮筋恢复原长后做匀速直线运动。故点迹是开始密,越来越疏,之后间距相等。,知识点一,知识点二,问题导引 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。,知识点一,知识点二,知识归纳 1.实验步骤 (1)按如图所示安装好实验仪器。(2)平衡摩擦
6、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,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。,知识点一,知识点二,2.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
7、式 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=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。,知识点一,知识点二,3.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,只用位移的数值与符号G的乘积表示即可。,知识点一,知识点二,典例剖析 【例1】某实验小组采用如图甲所示的装置探
8、究功与速度变化的关系,图中小车中可放置砝码,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。,知识点一,知识点二,(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中的
9、相应位置。,乙,知识点一,知识点二,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: ; 。,知识点一,知识点二,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,知识点一,知识点二,问题导引 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比。,知识点一,
10、知识点二,知识归纳 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。,知识点一,知识点二,(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)对观测数据进行估计,大致判断两个量可能的关系,然后以W为纵坐标,以v(v2、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
11、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。,知识点一,知识点二,3.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
12、力)做的功与小车速度的二次方成正比,即Wv2。,知识点一,知识点二,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,知识点一,知识点二,(2)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条合并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,
13、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。,知识点一,知识点二,(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,可得小车获得的速度为2.0 m/s。 (3)根据W= mv2,根据Wv2,可知应选C。 答案:(1)CD (2)2.0 (3)C,1,2,3,4,5,
14、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,
15、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,1,2,3,4,5,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,1,2,3,4,5,2.(多选)在探究功与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,中间稀疏,出现这种情况的原因可能是( ) A.电源的频率不稳定 B.木板的倾斜程度太大 C.没有使木板倾斜或木板倾斜的程度太小 D.小车受到的阻力较大 解析:电源频率不
16、稳定的可能性不大,出现这一现象的原因是没有平衡阻力或平衡阻力不够,以致小车在橡皮筋作用下做加速运动,在橡皮筋恢复原长以后做减速运动,且受到的阻力较大。故选项C、D正确。 答案:CD,1,2,3,4,5,3.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,
