76 實(shí)驗(yàn) 探究功與速度變化的關(guān)系同步課件 新人教版必修2
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1、 第六節(jié)實(shí)驗(yàn):探究功與速度變化的關(guān)系 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?體驗(yàn)和經(jīng)歷探究功與速度變化(或動(dòng)能變化)關(guān)系過(guò)程 二、實(shí)驗(yàn)原理 讓橡皮筋拉動(dòng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)一定的位移,通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù),改變拉力功的大小,看功的大小與物體速度(或動(dòng)能)的變化成怎樣的關(guān)系 三、實(shí)驗(yàn)器材 木板、小車(chē)、橡皮筋、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或電火花計(jì)時(shí)器)、電源、紙帶等 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1按如圖所示安裝好實(shí)驗(yàn)儀器 2第一次先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn),用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出小車(chē)獲得的速度v1,設(shè)此時(shí)橡皮筋彈力對(duì)小車(chē)做功為W,并將得到的數(shù)據(jù)記入表格 3換用2條、3條、4條同樣的橡皮筋做實(shí)驗(yàn),并使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都和第一次相同,測(cè)出v2、v3、v4橡皮筋對(duì)小車(chē)做功
2、分別為2W、3W、4W將數(shù)據(jù)記入表格 4分析數(shù)據(jù),嘗試作Wv、Wv2等圖象,探究W、v的關(guān)系 五、數(shù)據(jù)處理 1橡皮筋彈力的功的計(jì)算 由于橡皮筋彈力隨其形變量而變,橡皮筋對(duì)小車(chē)的功無(wú)法用公式定量計(jì)算本實(shí)驗(yàn)巧妙地回避了功的計(jì)算如果一條橡皮筋對(duì)小車(chē)做功為W,則兩條橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功就是2W,三條橡皮筋對(duì)小車(chē)做功為3W,依次類(lèi)推,各次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小車(chē)的功都可以用W的倍數(shù)來(lái)表達(dá) 3功與速度關(guān)系(1)通過(guò)試探與分析,確定W與v的關(guān)系 因?yàn)閳D象上的直線(xiàn)關(guān)系最容易判斷兩個(gè)物理量間的關(guān)系,所以可分別試探畫(huà)出W與v、W與v2、W與v3、W與間關(guān)系的圖象,找出哪一組的圖象是直線(xiàn),從而確定功與速度的正確關(guān)系(2)描
3、點(diǎn)時(shí)既要觀察各點(diǎn)的位置關(guān)系,又要考慮應(yīng)有的函數(shù)關(guān)系,若拉力大,小車(chē)速度大,點(diǎn)數(shù)少,可能使W與v成線(xiàn)性關(guān)系,控制小車(chē)速度,加大縱坐標(biāo)單位長(zhǎng)度,可減少誤差 六、注意事項(xiàng) 1本實(shí)驗(yàn)是利用橡皮筋的多少表示橡皮筋做功的大小,不需要求出每次做功的具體數(shù)值,因此所選用的橡皮筋要長(zhǎng)度、粗細(xì)相同 2為了減小小車(chē)在運(yùn)動(dòng)中因受摩擦力帶來(lái)的誤差,可在長(zhǎng)木板有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端下面墊一塊木塊,反復(fù)移動(dòng)木塊位置,直至小車(chē)在斜面上向下運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),此時(shí)重力沿斜面方向的分力與摩擦力平衡,這樣可以消除摩擦力的影響 3在用紙帶確定由于橡皮筋做功而使小車(chē)獲得的速度時(shí),應(yīng)該是橡皮筋恢復(fù)形變以后小車(chē)的速度,所以在紙帶上應(yīng)選
4、用那些間距較大,且相對(duì)均勻的點(diǎn)來(lái)確定小車(chē)的速度 七、誤差分析 誤差來(lái)源:一是由于忘記平衡摩擦力或沒(méi)有完全平衡摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響;二是橡皮筋長(zhǎng)度、粗細(xì)不一,使得拉力及拉力的功與條數(shù)不成正比帶來(lái)誤差;三是紙帶上點(diǎn)的間距測(cè)量也會(huì)帶來(lái)誤差 八、實(shí)驗(yàn)結(jié)論 通過(guò)作圖發(fā)現(xiàn)Wv2圖近似是一條直線(xiàn),說(shuō)明Wv2.某學(xué)習(xí)小組做探究“合力做的功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),如圖所示,圖中小車(chē)是在一條橡皮筋的作用下彈出,沿木板滑行,這時(shí),橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功記為W,當(dāng)用2條、3條n條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次第n次實(shí)驗(yàn)時(shí),使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致每次實(shí)驗(yàn)中小車(chē)獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶
5、測(cè)出(1)除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外,還需要導(dǎo)線(xiàn)、開(kāi)關(guān)、刻度尺和_(2)木 板 傾 斜 的 目 的 是 為 了_(3)若木板水平放置,小車(chē)在兩條橡皮筋的作用下運(yùn)動(dòng),當(dāng)小車(chē)速度最大時(shí),關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車(chē)所在的位置,下列說(shuō)法正確的是_ A橡皮筋處于原長(zhǎng)狀態(tài) B橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài) C小車(chē)在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線(xiàn)處 D小車(chē)已過(guò)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線(xiàn)(4)在正確操作情況下,打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的,為了測(cè)量小車(chē)獲得的速度,應(yīng)選用紙帶的_部分進(jìn)行測(cè)量(根據(jù)如圖所示的紙帶回答);(5)下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表:物理量數(shù)據(jù)次數(shù)橡皮筋做的功10個(gè)間隔距離x(m)10個(gè)間隔時(shí)間T(s)小車(chē)獲得的速度vn(m/s)小車(chē)
6、速度的平方v(m2/s2)1W0.288 00.21.442.0722W 0.417 60.22.094.3633W 0.489 60.22.455.9944W 0.590 40.22.958.71 從理論上講,橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn_.請(qǐng)運(yùn)用表中測(cè)定的數(shù)據(jù)在圖中所示的坐標(biāo)紙中作出相應(yīng)的圖象,并驗(yàn)證理論的正確性 解析:(1)要使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作,還需要有電源(2)木板傾斜的目的是為了使小車(chē)重力沿斜面方向的分力與摩擦力平衡,簡(jiǎn)單說(shuō)就是平衡摩擦力(3)若木板水平放置,小車(chē)速度最大時(shí)橡皮筋的拉力與摩擦力相等,則此時(shí)橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài),小車(chē)未到達(dá)兩鐵釘連線(xiàn),所以正確選項(xiàng)為B.
7、(4)計(jì)算小車(chē)獲得的速度應(yīng)在小車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)階段,因此應(yīng)取GK段進(jìn)行計(jì)算(5)從理論上講,橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wnv.為了驗(yàn)證這個(gè)理論的正確性,取Wn為縱坐標(biāo),v為橫坐標(biāo),用描點(diǎn)法作出圖線(xiàn)如圖所示,在誤差允許的范圍內(nèi),圖象是經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的一條直線(xiàn),說(shuō)明Wn與v成正比【題后總結(jié)】描點(diǎn)作圖的注意問(wèn)題:(1)合理選取橫、縱坐標(biāo)(一般應(yīng)使圖線(xiàn)理論上為一直線(xiàn));(2)合理選取標(biāo)度,根據(jù)題目中所給數(shù)據(jù)選取標(biāo)度使所作圖線(xiàn)大致占滿(mǎn)整個(gè)坐標(biāo)紙;(3)畫(huà)直線(xiàn)(或光滑曲線(xiàn))時(shí)要使各點(diǎn)均勻分布在圖線(xiàn)的兩側(cè),并盡量靠近圖線(xiàn);(4)能辨別明顯誤點(diǎn)并排除【針對(duì)訓(xùn)練】1.下圖中所示為與小車(chē)相連,穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
8、的一條紙帶,紙帶上的點(diǎn)距并不都是均勻的,下面說(shuō)法中正確的是()紙帶的左端是與小車(chē)相連的 紙帶的右端是與小車(chē)相連的 利用E、F、G、H、I、J這些點(diǎn)之間的距離來(lái)確定小車(chē)的速度 利用A、B、C、D這些點(diǎn)之間的距離來(lái)確定小車(chē)的速度 AB C D 解析:小車(chē)先加速后勻速,加速時(shí)速度小,點(diǎn)子密集,故紙帶右端與小車(chē)相連,確定小車(chē)速度時(shí),小車(chē)應(yīng)勻速運(yùn)動(dòng),故應(yīng)該用A、B、C、D點(diǎn)確定小車(chē)速度,故選B.答案:B某同學(xué)在“探究功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)將紙帶固定在重物上,讓紙帶穿過(guò)電火花計(jì)時(shí)器先用手提著紙帶,使重物靜止在靠近計(jì)時(shí)器的地方然后接通電源,松開(kāi)紙帶,讓重物自由下落,計(jì)時(shí)器就在紙帶上
9、打下一系列小點(diǎn)得到的紙帶如圖所示,O點(diǎn)為計(jì)時(shí)器打下的第1個(gè)點(diǎn),該同學(xué)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了下列處理:取OAABBC,并根據(jù)紙帶算出了A、B、C三點(diǎn)的速度分別為vA0.12 m/s,vB0.17 m/s,vC0.21 m/s.根據(jù)以上數(shù)據(jù)你能否大致判斷Wv2?也可根據(jù)Wv2圖象來(lái)判斷,如圖 答案:見(jiàn)解析【題后總結(jié)】(1)尋求物理量間關(guān)系常用作圖法(2)為直觀尋求物理量間關(guān)系,應(yīng)合理選取坐標(biāo)來(lái)表示物理量,使圖線(xiàn)為直線(xiàn)【針對(duì)訓(xùn)練】2.某同學(xué)利用如圖所示裝置探究功與速度變化關(guān)系,已知重錘質(zhì)量為m,當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間.如圖所示,打點(diǎn)時(shí)間間隔為T(mén),該同學(xué)讓重錘拖著紙帶由靜止下落,得到一條紙帶如圖,其中O點(diǎn)為初始位置
10、,A、B、C、D、E各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為h1,h2,h3,h4,h5.則:(1)從開(kāi)始到C點(diǎn),重力對(duì)重物做功為_(kāi)(2)物體在打C點(diǎn)時(shí)速度為_(kāi) 1關(guān)于探究功與物體速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中,下列敘述正確的是()A每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車(chē)做功的具體數(shù)值 B每次實(shí)驗(yàn)中,橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度沒(méi)有必要保持一致 C放小車(chē)的長(zhǎng)木板應(yīng)該盡量使其水平 D先接通電源,再讓小車(chē)在橡皮筋的作用下彈出 解析:本實(shí)驗(yàn)沒(méi)有必要測(cè)出橡皮筋做功的具體數(shù)值,只要測(cè)出以后各次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋做的功是第一次的多少倍就足夠了,選項(xiàng)A錯(cuò)每次實(shí)驗(yàn)橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度必須保持一致,只有這樣才能保證以后各次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋做的功是第一次的整數(shù)倍,否則,功
11、的數(shù)值難以測(cè)定,選項(xiàng)B錯(cuò)小車(chē)運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到摩擦阻力,應(yīng)使木板傾斜到一定程度以平衡摩擦力,從而減小誤差,選項(xiàng)C錯(cuò)實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)該先接通電源,讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作,然后再讓小車(chē)在橡皮筋的作用下彈出,選項(xiàng)D正確 答案:D 2在教材實(shí)驗(yàn)中,小車(chē)會(huì)受到阻力,可以使木板稍微傾斜作為補(bǔ)償,則下面操作正確的是()A放開(kāi)小車(chē),能夠自由下滑即可 B放開(kāi)小車(chē),能夠勻速下滑即可 C放開(kāi)拖著紙帶的小車(chē),能夠自由下滑即可 D放開(kāi)拖著紙帶的小車(chē),能夠勻速下滑即可 解析:為了找到彈力做的功與物體獲得的速度的關(guān)系,根據(jù)控制變量法,必須盡量避免其他力做功,或使其他力(當(dāng)然包括紙帶對(duì)小車(chē)的阻力)做的總功為零,所以正確選項(xiàng)為D.答案:D
12、3某同學(xué)想利用自由落體運(yùn)動(dòng)“探究功與速度變化的關(guān)系”,實(shí)驗(yàn)中,下列四組物理量中需要直接或間接測(cè)量的量有()A重錘的質(zhì)量 B重力加速度 C重錘下落的高度 D與重錘下落高度對(duì)應(yīng)的重錘的瞬時(shí)速度 解析:物體受力不變,可以利用下落高度關(guān)系代表功的關(guān)系,所以必須測(cè)量下落高度,再利用下落高度計(jì)算對(duì)應(yīng)各點(diǎn)的瞬時(shí)速度,故C、D對(duì),A、B錯(cuò) 答案:CD 4如圖所示,小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況可描述為:A、B之間為_(kāi)運(yùn)動(dòng),C、D之間為_(kāi)運(yùn)動(dòng)在探究功與速度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用_段測(cè)速度 解析:紙帶上的數(shù)據(jù)反映了小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況由A到B之間可以看出,相鄰兩點(diǎn)間的位移越來(lái)越大,說(shuō)明A到B這一段時(shí)間內(nèi)小車(chē)所做的運(yùn)動(dòng)為加速運(yùn)動(dòng),而C、D之間
13、各時(shí)間間隔內(nèi)的位移相等,故C、D之間小車(chē)的運(yùn)動(dòng)可看做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),所以測(cè)速度應(yīng)用CD段 答案:加速勻速直線(xiàn)CD 5某同學(xué)為探究“恒力做功與物體動(dòng)能改變的關(guān)系”,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn),他的操作步驟是:擺好實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示 將質(zhì)量為200 g的小車(chē)?yán)酱螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近,并按住小車(chē) 在質(zhì)量為10 g、30 g、50 g的三種鉤碼中,他挑選了一個(gè)質(zhì)量為50 g的鉤碼掛在拉線(xiàn)的掛鉤P上 釋放小車(chē),打開(kāi)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,打出一條紙帶(1)在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿(mǎn)意的一條,經(jīng)測(cè)量、計(jì)算,得到如下數(shù)據(jù):第一個(gè)點(diǎn)到第N個(gè)點(diǎn)的距離為40.0 cm.打下第N點(diǎn)時(shí)小車(chē)的速度大小為1.00 m/s.該同學(xué)將鉤
14、碼的重力當(dāng)做小車(chē)所受的拉力,算出拉力對(duì)小車(chē)做的功為_(kāi)J,小車(chē)動(dòng)能的增量為_(kāi)J.(2)此次實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果,他沒(méi)能得到“恒力對(duì)物體做的功,等于物體動(dòng)能的增量”,且誤差很大顯然,在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中忽視了各種產(chǎn)生誤差的因素請(qǐng)你根據(jù)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置和操作過(guò)程幫助分析一下,造成較大誤差的主要原因是:_.(2)誤差很大的可能原因:小車(chē)質(zhì)量不滿(mǎn)足遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量,使鉤碼的重力與小車(chē)受到的線(xiàn)的拉力差別較大;沒(méi)有平衡摩擦力;先放小車(chē)后開(kāi)電源,使打第一個(gè)點(diǎn)時(shí),小車(chē)已有一定的初速度 答案:(1)0.1960.100(2)小車(chē)質(zhì)量沒(méi)有遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量;沒(méi)有平衡摩擦力;操作錯(cuò)誤;先放小車(chē)后接通電源 6為了探究恒力作用時(shí)的功與速度
15、關(guān)系,某同學(xué)做了如下實(shí)驗(yàn),他讓滑塊在某一水平面上滑行,利用速度采集器獲取其初速度v,并測(cè)量出不同初速度的最大滑行距離x,得到下表所示幾組數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)組123456v/(ms1)00.160.190.240.300.49x/m00.0450.0750.1110.1630.442(1)一同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù),作出xv圖象如圖甲所示觀察該圖象,該同學(xué)作出如下推理:根據(jù)xv圖象大致是一條拋物線(xiàn),可以猜想,x可能與v2成正比請(qǐng)?jiān)趫D乙所示坐標(biāo)紙上選擇適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸作出圖線(xiàn)驗(yàn)證該同學(xué)的猜想(2)根據(jù)你所作的圖象,你認(rèn)為滑塊滑行的最大距離x與滑塊初速度平方v2的關(guān)系是_ _.解析:(1)如圖所示(2)xv2圖線(xiàn)是過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn),所以滑塊滑行的最大距離x與滑塊初速度平方v2成正比 答案:見(jiàn)解析
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