7.6实验：探究功与速度变化的关系

1、教学目标1. 会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度.2. 学习利用物理图象探究功与物体速度变化的关系.3. 通过纸带与打点计时器来探究功与速度的关系，体验探究过程和物理学的研究方法4. 实际探究过程中如何把变力做功这个问题解决.知识点一、实验目的1通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系 2体会探究的过程和所用的方法二、实验原理1分析与猜测(1) 通过研究重力做的功，我们确立了重力势能的表达式，通过分析弹力做的功，我们探究了弹性势能的表达式， 那么，要研究动能的变化，也要从力做功开始(2) 物体在力的作用下通过一段位移时，力会对物体做功，物体的速度也会发生变化，所以二者之间存在联系

2、 2探究的思路(1) 要探究功 与物体速度变化的关系，就要改变力对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体的速度(2)为简化实验，可将物体初速度设置为零，利用如图7 6 2 所示的装置进行实验，通过橡皮筋来对小车做功W ，通过打点计时器在纸带上打出的点测量小车获得的速度v，然后分析功 W 与速度 v 的关系图 7 6 2三、实验器材 木板、小车、橡皮筋、打点计时器 （电火花打点计时器 ）、电源、纸带等四、实验步骤 1按装置图安装好实验器材2平衡摩擦力：将木板固定，打点计时器的一端稍微垫高，使小车能牵引纸带在木板上做匀速运动 3先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器打出的纸带测出小车前端通过两铁钉连线

3、时小车的速度v1，设此时橡皮筋对小车做功为 W1，将数据记入表格，用标尺记录小车的初始位置4改用 2 条、 3 条、 4 条橡皮筋重复上述实验，让小车开始位置相同，每次橡皮筋拉开的长度相同，记录 橡皮筋做功 2W、3W、 4W情况下小车获得的速度 v2、v3、 v4 .5分析数据，研究 W 与 v 的关系五、数据的处理 用图象法处理实验数据 我们可根据实验测得的数据， 分别作出 Wv 曲线、 Wv 2曲线、 Wv 3曲线哪一种图象更接近于过原点的 倾斜直线，功与速度之间就是哪一种正比关系用图象法处理数据，要比计算法更简捷更直观六、实验结论 无论是通过计算法还是作图法都可以得出力对物体做的功与物

4、体速度的平方成正比的结论，即W v2.七、注意事项1平衡摩擦力：实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们研究的是橡皮筋做 的功与物体速度的关系，应设法排除摩擦力的影响可采用将木板一端垫高的方法来实现将木板一端垫高，使重 力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就消除了摩擦力的影响2每次实验所用的橡皮筋都相同并且橡皮筋拉伸的长度都保持一致 3打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度，因这一 小段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形（小车速度也可借助光电门来测量 ）要点剖析1.如何利用纸带来求小车获得的最大速度呢？ 由于实验器材和每次操作

5、过程的分散性，尤其是橡皮筋不可能做到各条之间的长度、粗细完全一致，使得每次 改变橡皮筋的条数后，纸带上反映小车匀速运动阶段的点数和这些点的位置，不一定都在事先的设定点（即用一根橡皮筋拉小车时，与橡皮筋刚好处于自由长度相对应的纸带上打下的点）之后，而可能在设定点的前后这是因为小车在几条橡皮筋拉动下运动至设定点时，各条橡皮筋可能在设定点的前、后对小车不产生拉力，从而使纸带上打出的 点出现上述情况因此，需要对纸带上的点进行分析，方法是比较设定点左右及设定点之后的若干个相邻两点间的距离是否基本相同，选择相邻距离基本相同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 2在这个探究性实验中用到

6、哪些重要的方法与技巧？ (1)研究两个物理量的比例关系是探究两个量数量关系的重要方法，研究比例关系可以为实验测量提供很大的方 便和可能例如，一根橡皮条对小车做的功是很难确定的，如果改用两根橡皮条在完全相同的情况下做的功的具体 数值仍是很难确定的但是，若以一根橡皮条对小车做的功为W ，两根橡皮条做的功无疑是 2W.(2)将问题转化以简化实验过程：探究的任务是外力对物体做的总功与速度变化的关系本实验总是让小车从静 止开始运动，使测定两个速度 (初速度和末速度 ) 的问题转化为测定一个末态速度的问题，非常有利于操作和数据处理 发现规律 (也有不足之处 )(3) 设法减小实验误差：实验误差的大小直接关

7、系着探究工作是否成功，是否能正确地建立变量之间的关系，揭 示事物的本质本实验注重了两个方面：平衡小车在木板上运动的摩擦力保证小车脱离橡皮条后做匀速运动； 在纸带上选取点迹清楚、间距均匀的部分计算小车的速度(4) 利用物理图象，适当地进行坐标交换，探索物理量之间的关系 .典型例题一、实验原理的应用例 1 关于探究功与物体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先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出二、实验数据的处理例 2 在做“探究功与物体速度变化的关系”的

8、实验时，小车的质量为m，使用橡皮筋 6 根，每次增加一根，实验中 W、v、v2 的数据已填在下面表格中 .W1 v/m ·sv2 /m2·s20001.000.800.642.001.101.213.001.281.644.001.532.345.001.763.106.001.893.57- 13 -(1) 试在图 763 中作出图象(2) 从图象可以得出的实验结论是 图 7 6 3三、实验创新例 3 若再给你一架天平和砝码，你能利用本实验装置研究功与质量、速度间的关系吗？请说说你的设想课堂练习】：1.在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，某同学在一次实验中得到了一条

9、如图764 所示的纸带， 这条纸带上的点两端较密，中间疏，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 2对于橡皮筋做的功来说，直接测量是有困难的我们可以巧妙地避开这个难题而不影响问题的解决，只需要 测出每次实验时橡皮筋对小车做的功是第一次实验的多少倍，具体做法是 ( )A用同样的力对小车做功，让小车通过的距离依次为x、2x、3x进行第 1次、第 2 次、第 3次实验时， 力对小车做的功就是 W、2W 、3WB 让小车通过相同的距离，第 1 次力为 F、第 2 次力为 2F、第 3 次力为 3F实验时，力对小车做的功就是

10、W、2W、3WC 选用同样的橡皮筋，在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致，当用1 条、 2 条、 3 条同样的橡皮 筋进行第 1次、第 2次、第 3 次实验时，橡皮筋对小车做的功就是W、2W、3WD利用弹簧秤测量对小车的拉力F，利用直尺测量小车在力 F 作用下移动的距离 x，便可以求出每次实验中力对小车做的功，可控制为 W、2W 、3W 3如图所示为与小车相连，穿过打点计时器的一条纸带，纸带上的点距并不都是均匀的，下列说法中正确的是 () 纸带的左端是与小车相连的 纸带的右端是与小车相连的 利用 E、F、G、H、I、J 这些点之间的距离来确定小车的速度 利用 A、B、C、D 这些点之间的距离来

11、确定小车的速度A BCD4某同学想利用自由落体运动研究“功与物体速度的关系”，实验中下列四组物理量中需要直接或间接测量的 量有 ()A重物的质量B 重力加速度C重物下落的高度D与重物下落高度对应的重物的瞬时速度 5为了计算由于橡皮筋做功而使小车获得的速度，在某次实验中某同学得到了如图766 所示的一条纸带，在 A、B、C、D 中应该选用哪个点的速度才符合要求 图 7 6 66置于光滑水平面上的物体，在水平外力F 作用下运动一段位移，获得速度v，动能 Ek. 若将水平外力增大 1倍，其他条件均不变，则获得的速度为 ，动能为 7如图所示是探究橡皮筋的弹力对小车所做的功与小车速度变化的关系，小车运动

12、中会受到阻力，可以使木板 略微倾斜，作为补偿木板应该倾斜到什么程度？8. 如图所示汽车已成为人们外出的重要交通工具之一，评价汽车性能的主要指标有动力性、经济性、稳定性、 制动性等，其中制动性主要是指在良好的路面上，汽车迅速降低车速直到停车的距离表中记录的是汽车以不同速 率行驶时，制动后所经过的距离 .汽车速率 v/km·h 1制动距离 s/m101204401650256036请根据表中的数据，用图象分析推断克服阻力做功与汽车速率变化之间的关系课内探究】：题型 实验原理的应用A、B在“探究功与速度变化的关系”的实验中，得到的纸带如图 1 所示，小车的运动情况可描述为： 之间为 运动；

13、 C 、D 之间为 运动，应选 来计算小车的速度 v.拓展探究 在用如图图1()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为简便起见，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通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度 G通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度 题型 原理创新某同学在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，设计了如图 3 甲所示的实验将纸带

14、固定在重 物上，让纸带穿过电火花打点计时器或电磁打点计时器，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小点，得到的纸带如图乙所示， 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OAABBC，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， v C 0.21 m/s.根据以上数据你能否大致判断 W v2?题型 实验设计 现有以下器材：打点计时器、重锤、纸带、铁架台、直尺、铅笔等，试设计一个实验，研究合外力的 功与物体速度的关系要求： (1)构思实验方案；

15、 (2)说明探究功与速度关系的方法拓展探究 若给你一辆自行车、 停表和米尺， 请你设计实验来探究摩擦力的功与自行车的初速度的关系， 写出实 验步骤综合题库1.在做“探究功与物体速度变化关系”的实验时，下列说法正确的是( )A通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值B通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值 C通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度 D通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度 2在课本实验中，小车会受到阻力，但可使木板倾斜作为补偿则下列操作正确的是( )A放开小车，能够自由下滑即可B放开小车，能够匀速下滑即可C放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可

16、 D放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可 3在“探究力对物体做功与速度变化的关系”的实验中每次橡皮筋的拉伸长度都保持不变，这样每次 A做的功一样B每条橡皮筋产生的弹性势能相同 C产生的动能相同D产生的重力势能相同()4质量为 1 kg 的重物自由下落，通过打点计时器在纸带上记录下运动过程，打点计时器所接电源为 的交流电源，如图 4所示，纸带上 O 点为重物自由下落时打点的起点，选取的计数点A、B、C、D、间隔一个点 (图中未画出 )，各计数点与 O 点的距离依次为 31.4、70.6、125.4、 195.9、282.1、383.8、 mm ，重力加速度为 9.8 m/s 2，则6 V 、 5

17、0 Hz E、F、G 依次 501.2，单位为(1)求出 B、C、D、E、F 各点速度并填入下表 .计数点BCDEF速度 (m·s1)图4(2)求出物体下落时 a 时间为 tatbT点到图中各点过程中重力所做的功计数点BCDEF功(J)(3) 适当选择坐标轴，在图 5 中作出重力做的功与速度的相关量之间的关系图图5图中纵坐标表示 ，横坐标表示 ，由图可得重力所做的功与 成 关系5某实验小组采用图 6 所示的装置探究“功与速度变化的关系”，图中小车中可放置砝码实验中，小车碰到 制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器工作频率为 50 Hz.图6(1)实验的部分步骤如下： 在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码； 将小车停在打点计时器附近， ， ，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一系列点， ；改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复