7.6 實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系 課件（人教版必修2）

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6 實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系,注意事項(xiàng) 1．平衡摩擦力：將木板一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡．方法是輕推小車，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng)，找到木板一個(gè)合適的傾角． 2．選點(diǎn)測(cè)速：測(cè)小車速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻部分的，也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的． 3．規(guī)格相同：橡皮筋規(guī)格相同時(shí)，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．,誤差分析 1．誤差的主要來源是橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)不一，使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比． 2．沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時(shí)傾角過大也會(huì)造成誤差． 3．利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí)，測(cè)量不準(zhǔn)確會(huì)帶來誤差．,【例1】 某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)如圖7－6－1所示，圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出的，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)(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)中小車獲得的速度根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打在紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算．,實(shí)驗(yàn)操作及注意事項(xiàng),(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________(選填“交流”或“直流”)電源． (2)實(shí)驗(yàn)中，小車會(huì)受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦阻力，則下面操作正確的是 ( )． 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,圖7－6－1,(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)與小車所在的位置，下列說法正確的是 ( )． 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,(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7－6－2所示的紙帶回答)． 圖7－6－2,解析 (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源；(2)平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，放開拖著紙帶的小車，小車能夠勻速下滑即可，故D正確；(3)放開小車后，小車做加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小時(shí)，小車的速度最大，此時(shí)橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，B正確；(4)從紙帶上看，紙帶的GJ段打點(diǎn)比較均勻，所以應(yīng)選用紙帶的GJ段進(jìn)行測(cè)量． 答案 (1)交流 (2)D (3)B (4)GJ,【例2】 某同學(xué)利用圖7－6－3甲所示裝置探究力對(duì)物體做的功與物體速度變化的關(guān)系，得到了下表的數(shù)據(jù)：,實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理,圖7－6－3,(注：每條橡皮筋拉長(zhǎng)的長(zhǎng)度都一樣) (1)由表可得出定性結(jié)論：____________________. (2)設(shè)一條橡皮筋拉長(zhǎng)到固定長(zhǎng)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)根據(jù)以上的W－v圖象對(duì)W與v的關(guān)系作出初步判斷：___________________. (4)根據(jù)數(shù)據(jù)完成下表的空白部分：,解析 每條橡皮筋拉長(zhǎng)的長(zhǎng)度都一樣，一條橡皮筋拉長(zhǎng)到固定長(zhǎng)度所做的功為W0，由做功與拉長(zhǎng)橡皮筋條數(shù)成正比得，第2、3、4、5次拉長(zhǎng)橡皮筋做功應(yīng)分別為3W0、4W0、5W0、7W0. (1)定性結(jié)論：橡皮筋做的功與小車獲得的速度有關(guān)，并且做功越多，小車獲得的速度越大． (2)W與v的圖象如圖所示．,(3)W與v的圖象很像拋物線，可能W∝v2. (4)如下表 答案 見解析,【例3】 質(zhì)量為1 kg的重物自由下落，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄運(yùn)動(dòng)的過程，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源為6 V、50 Hz的交流電源．如圖7－6－4所示，紙帶上O點(diǎn)為重物自由下落時(shí)紙帶打點(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)(圖中未畫出)，紙帶上的數(shù)據(jù)表示各計(jì)數(shù)點(diǎn)與O點(diǎn)間的距離．,拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),圖7－6－4,(1)求出B、C、D、E、F各點(diǎn)的速度并填入下表. (2)求出物體下落時(shí)從O點(diǎn)到B、C、D、E、F各點(diǎn)過程中重力所做的功，并填入下表.,(3)適當(dāng)選擇坐標(biāo)軸，在圖7－6－5中作出物體重力做的功與物體速度的平方之間的關(guān)系圖象．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．,圖7－6－5,(2)重力做的功 WB＝mg·OB＝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.,(3)WG－v2圖象如圖所示．圖中縱坐標(biāo)表示重力做的功WG，橫坐標(biāo)表示物體速度的平方v2；由圖可得重力所做的功與物體速度的平方成正比關(guān)系． 答案 見解析,一、實(shí)驗(yàn)原理和誤差分析 1．在本實(shí)驗(yàn)中，我們并不需要測(cè)出橡皮筋做的功到底是多少，只需測(cè)出以后各次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功是第一次實(shí)驗(yàn)的多少倍，使用的方法是 ( )． A．用同樣的力對(duì)小車作用，讓小車通過的距離為s、2s、3s……進(jìn)行第一次，第二次，第三次……實(shí)驗(yàn)時(shí)，力對(duì)小車做的功就是W、2W、3W…… B．讓小車通過相同的距離，第一次力為F、第二次力為2F，第三次力為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)行第一次、第二次、第三次……實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功就是W、2W、3W…… D．利用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量對(duì)小車的拉力F，利用直尺測(cè)量小車在力的作用下移動(dòng)的距離s，便可求出每次實(shí)驗(yàn)中力對(duì)小車做的功，可控制為W、2W、3W…… 解析 本實(shí)驗(yàn)采用橡皮筋做功來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，橡皮筋的力是變力，因此選項(xiàng)A、B、D所說的方法不可能實(shí)現(xiàn)． 答案 C,2．實(shí)驗(yàn)時(shí)小車在運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力作用．在小車沿長(zhǎng)木板滑行的過程中，除橡皮筋對(duì)其做功外，還有阻力做功，這樣便 會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來誤差，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中想到的辦法是使長(zhǎng)木板略為傾斜．對(duì)于長(zhǎng)木板的傾斜程度，下列說法正確的是 ( )． A．木板只要稍微傾斜一下即可，沒有什么嚴(yán)格要求 B．木板的傾斜角度在理論上應(yīng)滿足下面條件，即重力使物體沿斜面下滑的分力應(yīng)等于小車受到的阻力 C．如果小車在傾斜的木板上做勻速運(yùn)動(dòng)，則木板的傾斜程度是符合要求的 D．其實(shí)木板不傾斜，問題也不大，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)總是存在誤差的,解析 由動(dòng)力學(xué)知識(shí)可以知道，要平衡摩擦力，就應(yīng)使物體的重力沿斜面向下的分力等于物體受到的阻力，使小車能夠做勻速運(yùn)動(dòng)． 答案 BC,3．在探究功與速度變化的關(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7－6－6所示的紙帶，這條紙帶上的點(diǎn)兩端較密，中間稀疏，出現(xiàn)這種情況的原因可能是 ( )． A．電源的頻率不穩(wěn)定 B．木板的傾斜程度太大 C．沒有使木板傾斜或木板傾斜的程度太小 D．小車受到的阻力較大,圖7－6－6,解析 電源頻率不穩(wěn)定的可能性不大，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是沒有平衡阻力或平衡阻力不夠，以致小車在橡皮筋作用下做加速運(yùn)動(dòng)，在橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)以后做減速運(yùn)動(dòng)，且受到的阻力較大．故選項(xiàng)C、D正確． 答案 CD,二、實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理 4．在探究功與速度變化的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，下列說法中正確的是 ( )． A．長(zhǎng)木板要適當(dāng)傾斜，以平衡小車運(yùn)動(dòng)中受到的阻力 B．重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，雖然用到橡皮筋的條數(shù)不同，但每次應(yīng)使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度相同 C．利用紙帶上的點(diǎn)計(jì)算小車的速度時(shí)，應(yīng)選用紙帶上打點(diǎn)最密集的部分進(jìn)行計(jì)算 D．利用紙帶上的點(diǎn)計(jì)算小車的速度時(shí)，應(yīng)選用紙帶上打點(diǎn)最稀疏的部分進(jìn)行計(jì)算,解析 由于小車在運(yùn)動(dòng)中受到阻力(摩擦力和紙帶的阻力)作用，所以要使長(zhǎng)木板適當(dāng)傾斜，以平衡小車運(yùn)動(dòng)中受到的阻力，選項(xiàng)A正確；重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了使橡皮筋對(duì)小車所做的功與它的條數(shù)成正比，每次應(yīng)使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度相同，選項(xiàng)B正確；利用紙帶上的點(diǎn)計(jì)算小車的速度時(shí)，由于要計(jì)算的是橡皮筋松弛后小車勻速運(yùn)動(dòng)的速度，所以應(yīng)選用紙帶上打點(diǎn)最稀疏的部分進(jìn)行計(jì)算，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確． 答案 ABD,5．某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)采用如圖7－6－7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．圖7－6－7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)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7－6－8所示．已知所用交變電源的頻率為50 Hz，則：,圖7－6－7 圖7－6－8,(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)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7－6－9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7－6－9,(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),(2)由題圖知，位移與速度的關(guān)系圖象很像拋物線，所以可能l∝v2或l∝v3，又因?yàn)閃＝Fl，F(xiàn)恒定不變，故W∝v2或W∝v3，A、D正確，B、C錯(cuò)誤．,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,