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1、6 6.实验实验:探究功与速度变化的关系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,也就改变了牵引力做的功,从而探
2、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,大致判断两个量可能是什么关系。如果认为很可能是Wv2,
3、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:探究一探究二情景情景导引引实验方案如图所示,由重
4、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借助恒力做功探究功与速度变化的关系化的关系 探究一探究二知知识归纳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
5、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。(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
6、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50Hz。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
7、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0.03kg、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。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
8、探究一探究二情景情景导引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。借助借助变力做功探究功与速度力做功探究功与速度变化的关系化的关系 探究一探究二知知识归纳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
9、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、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
10、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50Hz。(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
11、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
12、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2.0m/s。(3)根据W= mv2,得Wv2,所以应选C。答案:(1)CD(2)2.0(3)C12341.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、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次力为3F实验时,力对小车做的功就是W、2W、3WC.选用同样的
13、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、3W1234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:C12342.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
14、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:D12343.在探究恒力做功与动能改变的关系实验中(装置如图甲所示):
15、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50Hz,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
16、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=0.653m/s可得打B点时小车的瞬时速度。答案:(1)C(2)0.65312344.在探究恒力做功与物体的速度变化的关系的实验中备有下列器材:A.打点计时器;B.天平;C.停表;D.低压交流电源;E.电池;F.纸带;G.细线、砝码、小车、砝码盘;H.薄木板。(1)其中多余的器材是;缺少的器材是。(2)测量时间的工具是;测量质量的工具是。1234(3)如图所示,打点计时器打出的小车(质量为m)在恒力F作用下做匀加速直线运动的纸带,测量数据已用字母表示在图中,打点计时器的打点周期为T。请分析,利用这些数据能否完成探究恒力做功与物体的速度变化的关系实验?若不能,请说明理由;若能,请说出做法,并对这种做法做出评价。1234解析:(1)计算小车速度是利用打上点的纸带,故不需要停表。打点计时器应使用低压交流电源。故多余的器材是C、E;测量点与点之间的距离要用毫米刻度尺,故缺少的器材是毫米刻度尺。(2)测量时间的工具是打点计时器;测量质量的工具是天平。(3)能,从A到B的过程中,恒力做的功为WAB=FxAB,A、B两点的速度可根据算出。答案:(1)C、E毫米刻度尺(2)打点计时器天平(3)见解析
