探究功與速度變化的關(guān)系 學(xué)案 含答案

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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 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究力對(duì)物體做的功與物體速度變化的關(guān)系． 2．體會(huì)探究的過(guò)程和所用的方法 二、實(shí)驗(yàn)原理 1．分析與猜測(cè) (1)通過(guò)研究重力做的功，我們確立了重力勢(shì)能的表達(dá)式，通過(guò)分析彈力做的功，我們探究了彈性勢(shì)能的表達(dá)式，那么，要研究動(dòng)能的變化，也要從力做功開(kāi)始． (2)物體在力的作用下通過(guò)一段位移時(shí)，力會(huì)對(duì)物體做功，物體的速度也會(huì)發(fā)生變化，所以二者之間存在聯(lián)系． 2．探究的思路 (1)要探究功與物體速度變化的關(guān)系，就要改變力對(duì)物體做的功，測(cè)出力對(duì)物體做不同功時(shí)物體的速度． (2)為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)，可將物體初速度設(shè)置為零，利

2、用如圖7－6－2所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)橡皮筋來(lái)對(duì)小車做功W，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)測(cè)量小車獲得的速度v，然后分析功W與速度v的關(guān)系． 三、實(shí)驗(yàn)器材 木板、小車、橡皮筋、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)、電源、紙帶等． 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．按裝置圖安裝好實(shí)驗(yàn)器材． 2．平衡摩擦力：將木板固定，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端稍微墊高，使小車能牽引紙帶在木板上做勻速運(yùn)動(dòng)． 3．先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測(cè)出小車前端通過(guò)兩鐵釘連線時(shí)小車的速度v1，設(shè)此時(shí)橡皮筋對(duì)小車做功為W1，將數(shù)據(jù)記入表格，用標(biāo)尺記錄小車的初始位置． 4．改用2條、3條、4條……橡皮筋重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，讓小車

3、開(kāi)始位置相同，每次橡皮筋拉開(kāi)的長(zhǎng)度相同，記錄橡皮筋做功2W、3W、4W……情況下小車獲得的速度v2、v3、v4……. 5．分析數(shù)據(jù)，研究W與v的關(guān)系 五、數(shù)據(jù)的處理 用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 我們可根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，分別作出W—v曲線、W—v2曲線、W—v3曲線……哪一種圖象更接近于過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，功與速度之間就是哪一種正比關(guān)系． 用圖象法處理數(shù)據(jù)，要比計(jì)算法更簡(jiǎn)捷更直觀． 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論 無(wú)論是通過(guò)計(jì)算法還是作圖法都可以得出力對(duì)物體做的功與物體速度的平方成正比的結(jié)論，即W∝v2. 課堂練習(xí) 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( D ) A．每

4、次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車做功的具體數(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．放小車的長(zhǎng)木板應(yīng)該盡量使其水平 D．先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 2.在“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中得到了一條如圖7－6－4所示的紙帶，這條紙帶上的點(diǎn)兩端較密，中間疏，出現(xiàn)這種情況的原因可能是(CD) 圖7－6－4 A．電源的頻率不穩(wěn)定 B．木板傾斜程度太大 C．沒(méi)有使木板傾斜或傾斜角太小 D．小車受到的阻力較大 3．對(duì)于橡皮筋做的功來(lái)說(shuō)，直接測(cè)量是有困難的．我們可以巧妙地避開(kāi)這個(gè)難題而不影響問(wèn)題的解決，只需要測(cè)出每次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋

5、對(duì)小車做的功是第一次實(shí)驗(yàn)的多少倍，具體做法是(C) A．用同樣的力對(duì)小車做功，讓小車通過(guò)的距離依次為x、2x、3x……進(jìn)行第1次、第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)時(shí)，力對(duì)小車做的功就是W、2W、3W…… B．讓小車通過(guò)相同的距離，第1次力為F、第2次力為2F、第3次力為3F……實(shí)驗(yàn)時(shí)，力對(duì)小車做的功就是W、2W、3W…… C．選用同樣的橡皮筋，在實(shí)驗(yàn)中每次橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保持一致，當(dāng)用1條、2條、3條……同樣的橡皮筋進(jìn)行第1次、第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功就是W、2W、3W…… D．利用彈簧秤測(cè)量對(duì)小車的拉力F，利用直尺測(cè)量小車在力F作用下移動(dòng)的距離x，便可以求出每次實(shí)驗(yàn)中力對(duì)小

6、車做的功，可控制為W、2W、3W…… 4．某同學(xué)想利用自由落體運(yùn)動(dòng)研究“功與物體速度的關(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(CD) A．重物的質(zhì)量 B．重力加速度 C．重物下落的高度 D．與重物下落高度對(duì)應(yīng)的重物的瞬時(shí)速度 5.在做“探究功與物體速度變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(AC) A．通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)改變拉力做功的數(shù)值 B．通過(guò)改變橡皮筋的長(zhǎng)度改變拉力做功的數(shù)值 C．通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的最大速度 D．通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的平均速度 6．在課本實(shí)驗(yàn)中，小車會(huì)受到阻力，但可使木板傾斜

7、作為補(bǔ)償．則下列操作正確的是(D) A．放開(kāi)小車，能夠自由下滑即可 B．放開(kāi)小車，能夠勻速下滑即可 C．放開(kāi)拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可 D．放開(kāi)拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可 7．在“探究力對(duì)物體做功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中每次橡皮筋的拉伸長(zhǎng)度都保持不變，這樣每次(B) A．做的功一樣 B．每條橡皮筋產(chǎn)生的彈性勢(shì)能相同 C．產(chǎn)生的動(dòng)能相同 D．產(chǎn)生的重力勢(shì)能相同 8.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，使用橡皮筋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. W v/m·s－1 v2/m2·s－2 0 0 0

8、 1.00 0.80 0.64 2.00 1.10 1.21 3.00 1.28 1.64 4.00 1.53 2.34 5.00 1.76 3.10 6.00 1.89 3.57 (1)試在圖7－6－3中作出圖象． (2)從圖象可以得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是____________________． 解析(1)將表中的數(shù)據(jù)分別描在圖7－6－3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)，如下圖甲和乙所示． (2)從乙圖看出W∝v2 9．質(zhì)量為1 kg的重物自由下落，通

9、過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄下運(yùn)動(dòng)過(guò)程，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源為6 V、50 Hz的交流電源，如圖4所示，紙帶上O點(diǎn)為重物自由下落時(shí)打點(diǎn)的起點(diǎn)，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G依次間隔一個(gè)點(diǎn)(圖中未畫(huà)出)，各計(jì)數(shù)點(diǎn)與O點(diǎn)的距離依次為31.4、70.6、125.4、195.9、282.1、383.8、501.2，單位為mm，重力加速度為9.8 m/s2，則 圖4 (1)求出B、C、D、E、F各點(diǎn)速度并填入下表. 計(jì)數(shù)點(diǎn) B C D E F 速度(m·s－1) (2)求出物體下落時(shí)a時(shí)間為ta＝tb－T＝ － ＝ 點(diǎn)到圖中各點(diǎn)過(guò)程中重力所做的功. 計(jì)

10、數(shù)點(diǎn) B C D E F 功(J) (3)適當(dāng)選擇坐標(biāo)軸，在圖5中作出重力做的功與速度的相關(guān)量之間的關(guān)系圖． 圖5 圖中縱坐標(biāo)表示____________，橫坐標(biāo)表示____________，由圖可得重力所做的功與____________成________關(guān)系． 答案(1)1.18 1.57 1.96 2.35 2.74 (2)0.69 1.23 1.92 2.76 3.76 (3)如下圖所示 重力做的功WG 速度的平方v2正比 解析　(1)各點(diǎn)速度由公式v＝＝，求出 vB＝＝ m/s≈1.18 m/s 同理vC≈1.57 m/s，vD≈1.96 m/s，vE≈2.35 m/s，vF≈2.74 m/s (2)重力做的功由W＝mgΔx求出 WB＝mg＝1×9.8×70.6×10－3 J≈0.69 J 同理WC≈1.23 J，WD≈1.92 J，WE≈2.76 J，WF≈3.76 J