2017-2018學(xué)年高中物理 第7章 機(jī)械能守恒定律 第6節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系課件 新人教版必修2.ppt

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1、第6節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系,閱讀教材第6971頁，知道此實(shí)驗(yàn)的原理、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理、誤差分析及實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的事項(xiàng)。,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.通過實(shí)驗(yàn)探究力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系。 2.經(jīng)歷探究過程，體會(huì)科學(xué)方法。,實(shí)驗(yàn)原理 1.功的確定：讓橡皮筋拉動(dòng)小車做功使小車的速度增加，使拉小車的橡皮筋的條數(shù)由1條變?yōu)?條、3條則橡皮筋對(duì)小車做的功為W、2W、3W,2.速度的計(jì)算：通過對(duì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打紙帶的測(cè)量計(jì)算出每次橡皮筋做功結(jié)束時(shí)小車的速度。 3.分析每次橡皮筋做的功與物體速度的關(guān)系，即可總結(jié)出功與速度變化的關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)器材 木板、橡皮筋(若干)、小車、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)

2、計(jì)時(shí)器、復(fù)寫紙、學(xué)生電源)、交流電源、紙帶、刻度尺等。,實(shí)驗(yàn)過程 1.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)按如圖1所示安裝好實(shí)驗(yàn)儀器。,圖1,(2)平衡摩擦力：將安裝有__________的長木板的一端墊高，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并接在小車后面，不掛橡皮筋，接通電源，輕推小車，直至打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出間隔____的點(diǎn)。 (3)第一次先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況。 (4)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度都和_______相同，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況。,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,均勻,第一次,2.數(shù)據(jù)處理,(1)求小車的最終速度：如圖2所示，測(cè)出紙帶上點(diǎn)跡均勻的

3、兩點(diǎn)如A1、A3間的距離x，則小車的速度為v _____。,圖2,直線,誤差分析 1.誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細(xì)不一，使橡皮筋拉力做的功與橡皮筋的條數(shù)不成正比。 2.誤差的另一主要來源是摩擦力平衡得不合適。 3.利用紙帶確定物體的速度時(shí)，點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)也會(huì)帶來誤差。 4.作圖描點(diǎn)不準(zhǔn)帶來誤差。,注意事項(xiàng) 1.平衡摩擦力的方法：將木板一端墊高，輕推小車讓其拖動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)，根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)跡是否_____來判斷是否平衡好了摩擦力。 2.測(cè)小車速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)跡應(yīng)選_______部分的，也就是選小車做______運(yùn)動(dòng)時(shí)打的點(diǎn)跡。 3.每次釋放小車時(shí)，都要確保讓它從________

4、_由______開始運(yùn)動(dòng)。 4.所選橡皮筋的______應(yīng)一樣，力對(duì)小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計(jì)算出具體數(shù)值。,均勻,均勻,勻速,同一位置,靜止,規(guī)格,實(shí)驗(yàn)原理及操作,精典示例,例1 (2017武漢高一檢測(cè))某學(xué)習(xí)小組做探究“合力的功和物體速度變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，圖3中小車是在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行，這時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W。當(dāng)用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長的長度都保持一致。每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測(cè)出。,圖3,(1)除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、刻度尺和________(

5、選填“交流”或“直流”)電源。 (2)實(shí)驗(yàn)中，小車會(huì)受到摩擦力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦力，則下列操作正確的是() A.放開小車，能夠自由下滑即可 B.放開小車，能夠勻速下滑即可 C.放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可 D.放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可,(3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車速度最大時(shí)，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在位置，下列說法正確的是() A.橡皮筋處于原長狀態(tài)B.橡皮筋仍處于伸長狀態(tài) C.小車在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處D.小車已過兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線,解析(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源。 (2)平衡摩擦力的目的是讓拖著紙帶的小車沿木板勻速下滑，即

6、使小車的重力沿木板向下的分力與摩擦力相抵消。 (3)因?yàn)槟景逅椒胖茫誓Σ亮]有被平衡掉，當(dāng)小車速度最大時(shí)，F(xiàn)彈f，故橡皮筋有彈力，處于伸長狀態(tài)。 答案(1)交流(2)D(3)B,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理,精典示例,例2 (2017臨沂高一檢測(cè))在做“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，小車的質(zhì)量為m，橡皮筋6根，每次增加一根，實(shí)驗(yàn)中W、v、v2的數(shù)據(jù)已填在下面表格中。,(1)試在圖中作出圖象。,圖4,(2)從圖象可以得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是_______________________ ___________________________________________________。,解析(1)將表中

7、的數(shù)據(jù)分別描在題圖甲、乙所示的兩個(gè)坐標(biāo)系中，然后在圖甲中用平滑曲線連接，在圖乙中用傾斜直線連接，并且使盡可能多的點(diǎn)分布在曲線上或?qū)ΨQ分布在直線兩側(cè)，如圖所示。,(2)從W-v2圖象可看出Wv2。,答案(1)見解析圖(2)Wv2,1.(多選)關(guān)于“探究恒力做功與動(dòng)能變化”的實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是() A.應(yīng)調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細(xì)繩與木板平行 B.應(yīng)調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細(xì)繩保持水平 C.平衡摩擦力時(shí)，若紙帶上打出的點(diǎn)越來越密，就應(yīng)調(diào)大斜面傾角 D.平衡摩擦力時(shí)，若紙帶上打出的點(diǎn)越來越疏，就應(yīng)調(diào)大斜面傾角 答案AC,2.(多選)(2017濰坊高一檢測(cè))某同學(xué)通過數(shù)根相同的橡皮條和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，來探究橡皮

8、條做功與小車獲得速度之間的關(guān)系，得到表中數(shù)據(jù)。則下列說法正確的是(),A.利用改變橡皮條的根數(shù)來改變做功的大小，使做功數(shù)值成倍增加 B.每次改變橡皮條的根數(shù)，不需要將小車?yán)较嗤奈恢冕尫?C.從表格a列和b列對(duì)比，可判斷橡皮條做功與小車速度成正比 D.從表格a列和c列對(duì)比，可判斷橡皮條做功與小車速度平方成正比 答案AD,3.某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)采用如圖5甲所示的裝置(實(shí)驗(yàn)中，小車碰到制動(dòng)裝置時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到一條紙帶后，通過分析小車位移與速度變化的關(guān)系來研究合力對(duì)小車所做的功與速度變化的關(guān)系，如圖乙是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，點(diǎn)O為紙帶上的起始點(diǎn)，A、B、C是紙帶上的三個(gè)連續(xù)的計(jì)

9、數(shù)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間均有4個(gè)點(diǎn)未畫出，用刻度尺測(cè)得A、B、C到O的距離如圖乙所示。已知所用交流電源的頻率為50 Hz，則：,圖5,(1)打B點(diǎn)時(shí)，小車的瞬時(shí)速度vB________m/s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),(2)(多選)實(shí)驗(yàn)中，該小組的同學(xué)畫出小車位移l與速度v的關(guān)系圖象如圖6所示。根據(jù)該圖線形狀，某同學(xué)對(duì)W與v的關(guān)系作出的猜想，肯定不正確的是________。(填寫選項(xiàng)字母代號(hào)),圖6,(3)本實(shí)驗(yàn)中，若鉤碼下落高度為h1時(shí)合力對(duì)小車所做的功為W0，則當(dāng)鉤碼下落h2時(shí)，合力對(duì)小車所做的功為______________(用h1、h2、W0表示)。,4.(2017金昌高一檢測(cè))某同學(xué)用

10、如圖7所示的裝置探究功與物體速度變化的關(guān)系。,圖7,(1)圖中所示的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，應(yīng)該配備46 V的________(選填“交流”或“直流”)電源。 (2)實(shí)驗(yàn)中為了平衡小車所受的摩擦力，可將木板的________(選填“左”或“右”)端墊起適當(dāng)?shù)母叨取?(3)實(shí)驗(yàn)中通過改變橡皮筋的________(選填“長度”或“條數(shù)”)改變功的值。 (4)操作正確的情況下，以功W為縱坐標(biāo)，以________(選填“v”“v 2”或“ ”)為橫坐標(biāo)作出的圖線最接近一條傾斜的直線。,解析(1)根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的構(gòu)造和原理可知，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是46 V的交流電源。 (2)由圖可知，小車在橡皮筋拉力作用下向

11、右運(yùn)動(dòng)，為使橡皮筋做功為合力做功，需要進(jìn)行平衡摩擦力操作，即需要適當(dāng)墊高木板的左端。,(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次保持橡皮筋的形變量一定，當(dāng)有n根相同橡皮筋并系在小車上時(shí)，n根相同橡皮筋對(duì)小車做的功就等于系一根橡皮筋時(shí)對(duì)小車做的功的n倍，這個(gè)設(shè)計(jì)很巧妙地解決了直接去測(cè)量力和計(jì)算功的困難，故實(shí)驗(yàn)中不需要測(cè)出一條橡皮筋對(duì)小車做功W的數(shù)值，因此只要改變橡皮筋的條數(shù)，即可改變做功的數(shù)值。 (4)根據(jù)功能關(guān)系可知，作出W與v2的關(guān)系圖象，圖象為過原點(diǎn)的一條直線，說明功與v2成正比。 答案(1)交流(2)左(3)條數(shù)(4)v2,5.在“探究做功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，常用的兩種實(shí)驗(yàn)方案如圖8所示：甲通過重物提供牽

12、引力，小車在牽引力作用下運(yùn)動(dòng)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量小車的速度，定量計(jì)算牽引力所做的功，進(jìn)而探究牽引力所做功與小車速度的關(guān)系；乙通過不同條數(shù)橡皮筋的作用下將小車彈出，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量小車的速度，進(jìn)而探究橡皮筋對(duì)小車所做功與其速度的關(guān)系。,圖8,(1)(多選)針對(duì)這兩種實(shí)驗(yàn)方案，以下說法正確的是______。 A.甲可以只打一條紙帶研究，而乙必須打足夠多條紙帶才能研究 B.甲中需要平衡小車運(yùn)動(dòng)中受到的阻力，而乙中不需要平衡阻力 C.甲中小車質(zhì)量必須遠(yuǎn)大于所掛重物的質(zhì)量，而乙中小車質(zhì)量沒有特別的要求 D.乙方案中，換用2根同樣的橡皮筋在同一位置釋放，橡皮筋所做的功與一根橡皮筋拉至伸長量為原來2倍橡皮筋所

13、做的功是一樣的,(2)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶如圖9所示，0、1、27為紙帶上連續(xù)打出的點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50 Hz。根據(jù)這條紙帶，可以判斷他在實(shí)驗(yàn)中采用的方案是________(選填“甲”或“乙”)，實(shí)驗(yàn)中小車失去外力后的速度為________m/s。,圖9,解析(1)甲實(shí)驗(yàn)中根據(jù)打下的一條紙帶，運(yùn)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論可求得速度，并能根據(jù)紙帶測(cè)量出重物下落的距離，即可進(jìn)行探究；在乙實(shí)驗(yàn)中，要改變拉力做功時(shí)，用不同條數(shù)的橡皮筋且拉到相同的長度，這樣橡皮筋對(duì)小車做的功才有倍數(shù)關(guān)系，所以必須打足夠多條紙帶才能研究，故A正確；在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，小車下滑時(shí)受到重力、細(xì)線或橡皮筋的拉力、支持力

14、和摩擦力，要使拉力等于合力，則都要用重力的下滑分量來平衡摩擦力，使得拉力的功等于合力對(duì)小車做的功，故B錯(cuò)誤；在甲實(shí)驗(yàn)中，要用重物的重力替代細(xì)線的拉力，必須滿足這個(gè)條件：小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于所掛重物的質(zhì)量；而在甲實(shí)驗(yàn)中，小車質(zhì)量沒有特別的要求，故C正確；由橡皮筋伸長量越大，拉力越大，在乙實(shí)驗(yàn)中，換用2根同樣的橡皮筋在同一位置釋放，若橡皮筋伸長量變?yōu)樵瓉淼?倍，則橡皮筋做功增加，大于原來的2倍，故D錯(cuò)誤；故選A、C。,答案(1)AC(2)乙1.75,6.某同學(xué)利用圖10甲探究力對(duì)物體做的功與物體速度的關(guān)系，得到了表中的數(shù)據(jù)：,(注：每條橡皮筋拉長的長度都一樣),圖10,(1)由表可得出定性結(jié)論：____

15、_____________________ ______________________________________________。 (2)設(shè)一條橡皮筋拉長到固定長度所做功為W0，大致畫出橡皮筋所做的功W與小車速度v的圖象。(畫在圖乙中) (3)由圖大致可判斷出W與v的關(guān)系是__________________。 (4)填寫表中的空白部分。,解析每條橡皮筋拉長的長度都一樣，一條橡皮筋拉長到固定長度所做的功為W0，則做功與拉長橡皮筋條數(shù)成正比，第2、3、4、5次拉長橡皮筋做功應(yīng)分別為3W0、4W0、5W0、7W0。 (1)定性結(jié)論：小車獲得的速度與橡皮筋做的功有關(guān)，并且做功越大，小車獲得的速度越大。,(2)W與v關(guān)系的圖象為拋物線，如圖所示。,(3)Wv2。,(4)如表。,答案見解析,