2019-2020学年高中物理 第七章 机械能守恒定律 第6节 实验：探究功与速度变化的关系课件 新人教版必修2

第6节实验:探究功与速度变化的关系,学习目标,1.知道探究中需测定的物理量。2.知道实验方案中改变弹力做功大小的方法。3.知道弹力做功大小与橡皮筋的条数成正比,体会取一根橡皮筋所做的功为单位来简化问题的思想方法。4.知道实验方案中平衡摩擦力的方法。5.会选择合适的测量点并计算速度,能根据实验数据,分析、总结出实验结论。6.体会从寻找w-v的关系转向寻找w-v2关系所蕴含的思想和方法。,实验基础,方案1借助橡皮筋做功探究功与速度变化的关系1.原理使小车在橡皮筋的作用下弹出,如图所示。改变橡皮筋的条数(若n条),橡皮筋对小车做的功分别是一条橡皮筋做功时的n倍,测出小车被弹出后的速度,能够找到橡皮筋对小车做的功与小车速度的关系。,2.实验步骤(1)按如图所示安装实验仪器。(2)平衡摩擦力。(3)第一次先用一条橡皮筋做实验,用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1,设此时橡皮筋弹力对小车做的功为w,并将测得的数据记入表格。(4)换用2条、3条、4条同样的橡皮筋做实验,并使橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同,测出v2,v3,v4,橡皮筋对小车做功分别为2w,3w,4w,将数据记入表格。,方案2借助恒力做功探究功与速度变化的关系1.原理由钩码通过滑轮牵引小车,当小车的质量比钩码大得多时,可以把钩码所受的重力当做小车受到的牵引力。如图所示。改变钩码的质量或者改变小车运动的距离,也就改变了牵引力做的功,从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系。,2.实验步骤(1)按如图所示安装好实验仪器。(2)平衡摩擦力:将安装有打点计时器的长木板的一端垫高,让纸带穿过打点计时器连在小车后端,不挂钩码,接通电源,轻推小车,直到打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点为止。(3)在小车中放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线绕过滑轮连接小车和钩码。(4)将小车停在打点计时器附近,先接通电源,再释放小车,小车运动一段时间后,关闭打点计时器电源。(5)改变钩码的数量,更换纸带重复(4)的操作。,实验探究,方案1借助橡皮筋做功探究功与速度变化的关系一、数据处理,二、误差分析,三、注意事项1.适度平衡小车受到的摩擦力。2.每次实验小车都要从同一位置由静止开始运动。3.应选择规格相同的橡皮筋。4.橡皮筋的拉伸长度要适度。5.放正小车,使小车沿木板的中间线运动。,方案2借助恒力做功探究功与速度变化的关系一、数据处理1.小车速度及外力做功的确定通过实验获得打点的纸带,利用“匀变速直线运动中,某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度”这一结论计算纸带上选定的点的速度,测出小车在某段时间内的位移,然后乘以钩码的重力,即得外力在该段时间内对小车做的功。,2.实验的数据处理计算各数据中v,v2和相应的合外力做功w的数值并填入下表。,二、误差分析1.没有满足钩码的质量远小于小车质量带来系统误差。2.未能恰好平衡摩擦力带来系统误差。3.测量长度时带来偶然误差。三、注意事项1.平衡摩擦力时,不挂钩码,轻推小车后,小车能做匀速直线运动。2.计算牵引力做功时,可以不必算出具体数值,只用位移的数值与符号g的乘积表示即可。,典例研习,类型一对实验方案1的考查例1某同学做“探究合力做功与物体速度变化关系”的实验装置如图甲所示,小车在橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行。实验时先平衡摩擦力,再将用1条橡皮筋对小车做的功记为w,接着将橡皮筋条数增加至2条、3条进行实验,每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。,答案:(1)ac,(1)在实验准备过程中,下列哪些器材是本实验必需的(填字母)。a.刻度尺b.天平c.交流电源d.钩码,解析:(1)刻度尺用于量取纸带上的数据,电磁打点计时器应用交流电源,故选a,c。,(2)关于本实验的下列要求和操作中,必须的有(填字母)。a.每根橡皮筋的粗细和原长必须尽可能相同b.用天平测量小车的质量c.每次实验时小车都必须从同一个位置由静止释放d.在接通打点计时器电源的同时释放小车,解析:(2)不同的实验中,每根橡皮筋对小车做功应相同,故每根橡皮筋的粗细和原长必须尽可能相同,且每次实验时小车都必须从同一个位置由静止释放,a,c正确。,答案:(2)ac,(3)实验中木板略微倾斜,这样做(填字母)。a.是为了释放小车后,小车能匀加速下滑b.防止纸带上打点不清晰c.可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功d.可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动,解析:(3)木板略微倾斜,可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功,c正确。,答案:(3)c,(4)如图乙是某次实验得到的一段纸带,由此可算出小车获得的速度大小为m/s。(保留两位有效数字),答案:(4)0.75,(5)该同学做完实验后,对该实验做了一些评价,你认为下列观点合理的是(填字母)。a.必须研究小车在倾斜的木板上运动的全过程才能获得实验结论b.该实验没有测量出橡皮筋做功的数值,所以结论还有待完善c.若平衡摩擦过度,也可以根据后面匀加速的一段求得小车的末速度代表vmd.该实验只是探究了变力做功与速度变化的关系,还应该对恒力做功也做个探究,才能得到更为全面的结论,解析:(5)实验中只需要测定橡皮筋恢复原长时小车匀速运动的速度,故a,c错误;实验中把用1条橡皮筋对小车做的功记为w,则当橡皮筋数增加至2条、3条进行实验时,橡皮筋做的功为2w,3w,所以不需要测橡皮筋做功的数值,b错误;实验中橡皮筋对小车的力是变力,所以还应该对恒力做功进行探究,d正确。,答案:(5)d,规律方法,由橡皮筋提供牵引力进行实验时应注意的问题(1)为了消除摩擦力的影响,可将木板上有打点计时器的一端垫高,以小车不受其他力时能在木板上匀速运动为准。(2)在用纸带计算小车获得的速度时,应该是橡皮筋恢复形变以后小车的速度,所以在纸带上应选用那些间距较大且相对均匀的点来确定小车的速度。(3)本实验巧妙地回避了橡皮筋弹力做功的计算。,类型二对实验方案2的考查例2为了探究“合力做功与速度变化的关系”,某学习小组在实验室组装了如图甲所示的装置,备有下列器材:打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、天平、细沙、垫木。他们称得滑块的质量为m、沙和小桶的总质量为m。当滑块连接上纸带,让细线跨过光滑滑轮并悬挂空的小桶时,滑块处于静止状态。要完成该实验,请回答下列问题:,解析:(1)为量取纸带上的数据,还需要毫米刻度尺。,(1)要完成本实验,还缺少的实验器材是。,答案:(1)毫米刻度尺,(2)实验时为保证滑块受到的合力与沙和小桶的总重力大小基本相等,沙和小桶的总质量应满足的实验条件是。,(2)沙和小桶的总质量远小于滑块的质量,(3)实验时为保证细线拉力等于滑块所受的合力,可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力,则下面操作正确的是(填字母)。a.轻推滑块,能够自由下滑即可b.轻推滑块,能够匀速下滑即可c.轻推拖着纸带的滑块,能够自由下滑即可d.轻推拖着纸带的滑块,能够匀速下滑即可,答案:(3)d,(4)图乙是实验中得到的一条纸带,在纸带上选择起始点o及a,b,c,d,e计数点,可获得各计数点到o的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v,请将c点的测量结果填在表中的相应位置。,纸带的测量结果,答案:(4)5.18(5.165.20均可)0.49,类型三实验创新例3某兴趣小组在做“探究动能定理”的实验前,提出以下几种猜想:wv,wv2,w,他们的实验装置如图甲所示,pq为一块倾斜放置的木板,木板与水平面夹角为,在q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过q点的速度)。在刚开始实验时,有位同学提出,不需要测出物体质量,只要测出物体从初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的示数就行了,大家经过讨论采纳了该同学的建议。,(1)本实验中不需要测量物体质量的理由是什么?,答案:(1)见解析,(2)让物体分别从不同高度无初速度释放,测出物体从初始位置到速度传感器的距离l1,l2,l3,l4,读出物体每次通过速度传感器q的速度v1,v2,v3,v4,并绘制了如图乙所示的l-v图象.根据绘制出的l-v图象,若为了更直观地看出l和v的变化关系,他们下一步应该作出。,解析:(2)由于题图乙是关于“l-v”的图象