【中学教材全解】高中物理 7.6 实验探究功与速度变化的关系课时学案 新人教版必修2(1).doc

第6节 实验:探究功与速度变化的关系学习目标1.明确实验原理，学会数据处理。2.会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。3.学习利用物理图象探究功与物体速度变化的关系。4.通过实验得出功与物体速度变化的关系。自主学习1.物体由于运动而具有的能称为 ，动能的大小与速度的大小有关，速度越大，动能 ；通过做功能够改变物体的动能，因此，对物体做功也就意味着物体的速度发生 。2.探究功与速度变化关系的思路：（1)使平板上的小车在力的作用下从 开始运动，测量 的大小及小车在力的作用下的 ，可以计算力做的功，改变力的大小或小车运动的距离，也就改变了 ；（2)小车的速度可以由 测量；（3)以 为纵坐标，以小车获得的速度v为横坐标，作出图线，由图线特征了解两者的定量关系。3.操作技巧：（1)平衡摩擦力：小车在木板上运动时会受到阻力，可以用 的办法进行补偿。具体操作是：使木板略微倾斜，将小车（车后固定纸带）放到木板上，轻推小车，小车运动。调节木板的倾角，观察纸带的点距，直到点距 ，说明纸带的运动是匀速的，则表明平衡了摩擦力，即小车重力沿斜面方向的分力 小车所受的摩擦力。（2)选择纸带：对纸带上的点进行分析，选择相邻距离基本 的若干个点作为小车匀速运动阶段的点，用这些点计算小车的速度。4.数据处理：根据实验测得的数据，分别作出w-v图线、w-1v图线、w-v2图线、w-v3图线。如果哪一种图线更接近于过原点的倾斜直线，功与速度的某相关量之间可能就是一种 关系。自我检测1.在“探究功与速度变化的关系”的实验中，实验探究的目的是（ ）a.探究力与物体运动速度的关系 a. b. c. d.图7-6-16b.探究力与物体运动加速度的关系c.探究力对物体做的功与物体加速度变化的关系d.探究力对物体做的功与物体速度变化的关系2.在“探究功与物体速度变化的关系实验”中，作出w-v图象如图7-6-16所示,则符合实际的是（ ）3.在“探究功与速度变化的关系”的实验中，下列说法正确的是（ ）a.为减小实验误差，长木板应水平放置b.通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加c.小车在橡皮筋拉力的作用下做匀加速直线运动，当橡皮筋恢复原长后小车做匀速直线运动d.应选择纸带上点距均匀的一段计算小车的速度课内探究一、探究的思路指导学生阅读教材“探究的思路”部分，明确实验装置和实验的思想方法，并思考讨论以下问题：1.实验的方法如何？2.为了完成实验，对各次实验中橡皮筋的伸长量有什么要求？你想出了什么办法？3.纸带上的点距并不都是均匀的，应该采用那些点计算小车的速度？为什么？4.实验完毕后，用什么方法分析橡皮筋对小车做的功与小车速度的关系？总结点评：1.实验的方法是：倍增法，即各次实验中橡皮筋做的功 增加。橡皮筋拉力做的功为变力做功，但橡皮筋做的功，随着橡皮筋数目的 增加，所做的功也 增加。实验巧妙地用倍增法解决了变力做功问题。2.为了达到各次实验中橡皮筋做的功成倍增加，即实现倍增，各次实验中橡皮筋的 必须相同。若使小车在橡皮筋的变力作用下产生的位移相同，就要规定一个确定的起始位置。具体方法是：以第一次实验时小车前（或后）端的位置为基准，垂直运动方向在木板上作出一条水平线。以后改变橡皮筋的条数时，小车前（或后）端都以此位置为 从静止开始运动。3.小车在橡皮筋作用结束后，做 运动。找出纸带中点距 的一段。测出点距相等的n个点间的位移x,则v= 。4.实验完毕后，用 法分析橡皮筋对小车做的功与小车速度的关系。二、实验操作与作图的技巧1.实验中，小车在木板上运动时会受到阻力，可以采用什么方法进行补偿？2.在探究功与速度变化的关系中，我们是否需要橡皮筋做功的具体数值？3.在改变橡皮筋的条数后,为什么要把小车拉到相同的位置释放?不这样做会出现什么现象?图7-6-17总结点评：1.小车在木板上运动时会受到阻力，可以用 的办法进行补偿。具体操作是：使木板略微倾斜（如图7-6-17所示），将小车（车后固定纸带）放到木板上，轻推小车，小车运动。调节木板的倾角，观察纸带上的点距，直到点距 ，则表明平衡了摩擦力。2.在探究功与速度变化的关系中，我们 橡皮筋做功的具体数值。倍增法的精妙之处在于巧妙地回避了功的测量。3.在改变橡皮筋的条数后,要把小车拉到 的位置释放，是保证每一根橡皮筋在每次实验中橡皮筋对小车做功 。这是因为橡皮筋的弹性势能为12kx2。每次必须拉至 位置,这样每条橡皮筋的弹性势能 ,这样橡皮筋的条数与弹性势能成 （选填“正”或“反”）比,使得所做的功与橡皮筋的条数成 （选填“正”或“反”）比。随着橡皮筋条数的增多,做功分别为w、2w、3w。若不严格拉至同一位置,就不能满足上述情况,造成较大 。三、数据的处理1.用图象法分析橡皮筋对小车做的功与小车速度的关系时，如何在坐标纸上建立坐标系？如何确定适当的标度？2.如果作出w-v曲线是一条过原点的直线，说明功与速度的关系如何？如果作出w-v曲线不是直线，应如何处理？3.描绘图象时我们应注意哪些问题?总结点评：1.用图象法分析橡皮筋对小车做的功与小车速度的关系时，纵坐标表示 ，横坐标表示 。选取标度时，以 为纵轴的单位长度，以用 为横轴的单位长度，作出w-v曲线，即功速度曲线。 甲 乙 图7-6-182.如果作出w-v曲线是一条过原点的直线，说明功与速度的关系是 关系，即 。如果作出w-v曲线不是直线，则可能是wv2、wv3或w v，这时可根据w-v曲线猜测w与v2、v3或 v的可能关系，作出相应图象。如果猜测wv2，则可作出 曲线进行分析。3.画图线时应画成 的曲线,不能连成 线；在画直线时应尽可能使点落在 上，不能落在直线上的点应 在直线的两侧（如图7-6-18所示）。四、设计实验方案根据前面的分析，总结“探究功与速度变化的关系”的实验方案。实验方案：a.先将木板置于水平桌面上，把实验小车放在有钢钉的长木板上。b.把打点计时器固定在木板的一端，将纸带穿过打点计时器的限位孔，纸带一端固定在小车的后面，打点计时器接电源。c.将木板的一端稍垫高，轻推小车，观察小车是否做匀速直线运动，使重力沿木板的分力与摩擦力相平衡，消除摩擦力的影响。d.在木板上选择合适的位置“o”作为小车每次运动的起始点。e.使用一根橡皮筋时，将小车的前端拉到o点，接通电源，打点计时器打点，释放小车，小车离开木板前适时制动小车，断开电源，取下纸带。重复这一过程，选出点迹清晰的纸带。求出小车获得的速度v1。f.换用同样材料、粗细、长度相同的两根、三根、六根橡皮筋，依照步骤e的方法，分别进行实验。求得各次实验中小车获得的速度v2、v3、v6。g.以功为纵轴（第一次橡皮筋做的功为纵轴的单位长度），以速度为横轴（第一次小车的速度为横轴的单位长度），建立坐标系，用描点法作出图象，分析这条曲线，可以得出橡皮筋对小车做功与小车获得的速度的定量关系。例1关于“探究功与速度变化的关系”实验中,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.先接通打点计时器的电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出例2某同学在“探究功与速度变化的关系”时得到了w与v的一组数据,请你对这些数据进行处理,并确定w与v之间的关系。w0.001.002.003.004.005.006.00v/（ms-1 )0.000.801.101.281.531.761.89v2/（m2s-2 ）0.000.641.211.642.343.103.57 图7-6-19 图7-6-20 例3某同学在“探究功与速度变化关系”的实验中，设计了如图7-6-19所示的实验。将纸带固定在重物上，让纸带穿过电火花计时器。先用手提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方。然后接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列点。得到的纸带如图7-6-20所示，o点为计时器打下的第1个点。该同学对数据进行了下列处理:取oa=ab=bc，并根据纸带算出了a、b、c三点的速度分别为va=0.12 m/s，vb=0.17 m/s，vc=0.21 m/s。根据以上数据你能否大致判断wv2?图7-6-21巩固练习1.用如图7-6-21所示的装置，在做“探究功与速度变化的关系”的实验时，下列说法正确的是（填字母代号)（ ）a.为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动b.每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样c.可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值d.可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值e.实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源f.通过打点计时器打出的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度g.通过打点计时器打出的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度 甲 乙 图7-6-222.在“探究功与速度变化的关系”的实验中，甲、乙两位同学的实验操作均正确。甲同学根据实验数据作出了功和速度的关系图线，如图7-6-22甲所示，并由此图线得出“功与速度的二次方一定成正比”的结论；乙同学根据实验数据作出了功与速度二次方的关系图线，如图7-6-22乙所示，并由此也得出“功与速度的二次方一定成正比”的结论。关于甲、乙两位同学的分析，你的评价是（ ）a.甲的分析不正确，乙的分析正确b.甲的分析正确，乙的分析不正确c.甲和乙的分析都正确d.甲和乙的分析都不正确图7-6-233.在“探究功与速度变化的关系”实验中，某同学在一次实验中得到了一条如图7-6-23所示的纸带，这条纸带上的点的特点是，两端较密、中间较疏，但间隔不均匀，出现这种情况的原因可能是（ ）a.电源的频率不稳定b.木板倾斜程度太大c.没有使木板倾斜或倾斜角太小d.小车受到的阻力较大4.某同学利用图7-6-24所示装置探究力对物体做的功与物体速度变化的关系，得到了下表所示的数据（注：每条橡皮筋拉长的长度都一样)：图7-6-24实验次数12345橡皮筋条数13457小车速度 v（ms-1 )0.711.231.421.581.71 （1)由表可得出定性结论： 。图7-6-25（2)设一条橡皮筋拉长到固定长度所做的功为w0，在图7-6-25所示的坐标系中，画出橡皮筋