实验探究功与速度变化的关系

实验探究功与速度变化的关系第一页，共33页。1．领会探究功与速度变化的关系实验的设计思路，经历探究学习的情感体验过程．2．知道用一根橡皮筋所做的功为“单位的功”，理解小车做匀速运动阶段测量速度比较合理．3．能进行实验操作，会采集实验数据，理解实验数据处理时寻找W与v的关系的方法．

教学目标第二页，共33页。【重点】学习探究功与速度变化关系的物理方法，并会利用图像法处理数据．【难点】实验数据的处理方法——图像法．重点难点第三页，共33页。本节是一节探究实验课．在进行实验探索、收集数据时，需要考虑什么是有价值的数据，用什么方法来获得数据，以及如何证明这些数据是可靠的．在进行实验时，操作应规范；在收集数据时，应实事求是，坚持严谨认真的科学态度．对实验所得到的结论要会判断是否科学，判断的标准就是看其是否具有重复性，即不论由哪位同学来做这个实验，也不论做几次，在允许的误差范围内结果都应该是相同的．

教学建议第四页，共33页。过去我们强调的实验，主要所指为操作技能，现在强调的实验，除了操作技能外，希望学生更加重视实验中的科学思想与技能的学习．比如在探究功与速度变化的关系时，并不需要计算功的具体数值，原因是什么？在探究之前，要重点掌握本实验中的探究方法．另外用图像处理数据比较形象、直观，而且误差也小，所以这种方法必须能够熟练应用.教学建议第五页，共33页。【导入一】教师活动：前面几节课研究了重力做功与重力势能的关系，从而确立了重力势能的表达式．探究了弹力做功与弹性势能的关系，从而确立了弹性势能的表达式．这一节和下一节我们来探究功与物体动能的关系．我们知道物体的动能和速度有关，我们还不能马上研究力对物体做的功和动能的关系，我们先来研究力对物体做的功和速度变化的关系．

新课导入第六页，共33页。【导入二】在很早的时候人们就认识到，要想使物体运动是要付出代价的．在现实社会中我们也经常遇到这样的例子：要想使汽车运动起来是要消耗汽油的；要想使火箭获得一个很大的速度，从而飞向太空，这同样要消耗大量的燃料；要想使铅球、铁饼等物体获得初速度从而把它们投掷出去，这也需要运动员耗费大量的体力．以上各种现象中，要使物体获得的速度越大，需要付出的代价越高，这说明了什么物理问题？新课导入第七页，共33页。学习互动【实验目的】1．领会“探究功与速度变化的关系”的实验的设计思路，经历探究学习的情感体验过程．2．知道用一根橡皮筋所做的功为“单位的功”，理解在小车做匀速运动阶段时测量速度比较合理．3．能进行实验操作，会采集实验数据，理解实验数据处理时寻找W与v的关系的方法．第八页，共33页。学习互动【实验原理】让橡皮筋拉动小车做功使小车的速度增加，使拉小车的橡皮筋的条数由1条变为2条、3条……则橡皮筋对小车做的功为W、2W、3W……通过对打点计时器所打纸带的测量计算出每次实验后小车的速度，最后分析每次做的功与获得的速度的关系，总结出功与获得的速度的关系.【实验器材】木板、橡皮筋(若干)、小车、打点计时器、低压交流电源、纸带、刻度尺等．第九页，共33页。学习互动【实验步骤】1．按如图7－6－1所示安装好实验仪器．图7－6－12．平衡摩擦力：将安装有打点计时器的长木板的一端垫起，纸带穿过打点计时器，连接到小车上，不挂橡皮筋，闭合电源，轻推小车，打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点．第十页，共33页。学习互动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功为W，并将得到的数据记入表格．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，让小车从同一位置由静止释放，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．5．分析数据，尝试作W－v、W－v2等图像，探究W与v的关系．第十一页，共33页。学习互动【数据处理】1．速度数值的获得：实验获得如图7－6－2所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功与小车获得的速度的关系，需要测量的是弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度．所以，应该在纸带上测量的物理量是图中A1、A3间的距离x，小车速度的表达式为v＝x/2T，其中T是打点计时器的打点周期，即选择相邻距离基本相同的若干点A1、A2、A3……来计算小车匀速运动时的速度．图7－6－2第十二页，共33页。学习互动第十三页，共33页。学习互动【误差分析】本实验误差主要来源于以下几个方面：1．由于忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力对实验的影响；2．橡皮筋长度、粗细不一，使得拉力及拉力的功与条数不成正比带来误差；3．纸带上所打点的间距测量也会带来误差；4．描点不准带来误差．第十四页，共33页。学习互动【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．应选择粗细均匀、一致性好的橡皮筋；4．橡皮筋的拉伸长度要适度；5．使小车挂住橡皮筋的中点，放正小车，使小车在木板的中间位置沿直线运动.第十五页，共33页。备用习题1．用如图所示的装置，探究功与物体速度变化的关系．实验时，先适当垫高木板放有打点计时器的一端，然后由静止释放小车，小车在橡皮条弹力的作用下被弹出，沿木板滑行．小车滑行过程中带动穿过打点计时器的纸带，记录运动情况．观察发现纸带前面部分点迹疏密不均匀，后面部分点迹比较均匀，回答下列问题：

(1)适当垫高木板放有打点计时器的一端是为了_________________；(2)通过纸带求小车速度时，应使用纸带的________(选填“全部”“前面部分”或“后面部分”)；第十六页，共33页。备用习题(3)若实验做了n次，所用橡皮条分别为1根、2根、…、n根，通过纸带求出小车的速度分别为v1、v2、…、vn，用W表示橡皮条对小车所做的功，作出的W－v2图线是一条过坐标原点的直线，这说明W与v2的关系是________．[答案](1)平衡摩擦力(2)后面部分(3)W与v2成正比第十七页，共33页。备用习题2．“探究弹力做功与速度变化的关系”的实验装置如图所示，当小车在两条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W0.当用4条、6条、8条……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次……实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W0、3W0、4W0……每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度均可由打点计时器所打的纸带测出．(1)关于该实验，下列说法正确的是(

)A．电磁打点计时器可以用直流电源供电，电压为4～6VB．实验中使用的若干根橡皮筋的原长可以不相等C．每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出第十八页，共33页。备用习题第十九页，共33页。备用习题[答案](1)CD

(2)0.83第二十页，共33页。备用习题3．某同学为探究“合力做功与物体速度变化的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：①按图安装好实验装置，其中小车质量M＝0.20kg，钩码总质量m＝0.05kg.②释放小车，然后接通打点计时器的电源(电源频率为f＝50Hz)，打出一条纸带．(1)他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，如图7－6－7所示．把打下的第一个点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为d1＝0.004m，d2＝0.055m，d3＝0.167m，d4＝0.256m，d5＝0.360m，d6＝0.480m……，他把钩码重力(当地重力加速度g取9.8m/s2)作为小车所受合力算出从打下0点到打下点5过程合力做功W＝________J，打下点5时小车的速度v5＝________m/s.(结果均保留三位有效数字)第二十一页，共33页。备用习题(2)此次实验探究的结果误差很大，他没能得到“合力对物体做的功W∝v2”的结论．通过反思，他认为产生误差的原因如下，其中正确的是________．A．钩码质量太大，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多B．没有平衡摩擦力，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多C．释放小车和接通电源的次序有误，使得动能增量的测量值比真实值偏小D．没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的主要原因第二十二页，共33页。备用习题[答案](1)0.176

1.12

(2)AB第二十三页，共33页。备用习题第二十四页，共33页。自我检测1．(实验步骤)(多选)如图7－6－3所示，与小车相连且通过打点计时器的一条足够长的纸带上的点间距明显不均匀，右端间距小，左端间距大，下面的分析和判断正确的是(

)图7－6－3A．若左端与小车相连，可能平衡摩擦力时，木板倾斜度太大B．若右端与小车相连，可能平衡摩擦力时，木板倾斜度太大C．若左端与小车相连，可能小车有一定的初速度，实验前忘记或没有完全平衡摩擦力D．若右端与小车相连，可能实验前忘记或没有完全平衡摩擦力第二十五页，共33页。自我检测[答案]BC[解析]若纸带左端与小车相连，从纸带上点的间距可以判断小车做减速运动，小车有一定初速度，减速原因可能是实验前忘记或没有完全平衡摩擦力，C项正确，A项错误；若纸带右端与小车相连，小车一直做加速运动，说明可能平衡摩擦力时，木板倾角太大，B项正确，D项错误．第二十六页，共33页。自我检测2．(综合应用)某同学用如图7－6－4所示的实验装置进行“探究功与速度变化的关系”的实验．图中A为小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B的限位孔，它们均置于长木板上．实验时，通过改变橡皮筋的条数让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W…… 通过打点计时器打下的纸带来测定小车获得的速度v1、v2、v3……请回答下面几个问题：(1)在本实验中，小车会受到阻力的作用，这时需要使木板倾斜作为补偿，下列操作正确的是________(填选项前的字母)．图7－6－4第二十七页，共33页。自我检测A．不挂橡皮筋，轻轻推一下小车，使小车能够加速下滑即可B．不挂橡皮筋，轻轻推一下小车，使小车能够匀速下滑即可C．小车在橡皮筋的拉力作用下，能够加速下滑即可D．小车在橡皮筋的拉力作用下，能够匀速下滑即可(2)用一根橡皮筋套住小车，拉至某个位置，先接通电源再释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点．已知打点计时器使用的交流电周期为0.02s．得到的其中一条纸带如图7－6－5所示，应选图中的________(选填“AB”或“CD”)段来计算小车的速度v，计算结果为v＝________m/s.图7－6－5第二十八页，共33页。自我检测(3)本实验使用的橡皮筋总数是6根，实验中W、v、v2的数据已记录在下面表格中，并根据数据画出了W－v和W－v2图像如图7－6－6所示．甲、乙两个图像中，________(选填“甲”或“乙”)可以比较直观地得出功与速度变化的关系．W/Wv/(m·s－1)v2/(m2·s－2)00010.800.6421.101.2131.351.8241.552.4051.732.9961.893.57图7－6－6第二十九页，共33页。自我检测[答案](1)B

(2)CD

0.36

(3)乙第三十页，共33页。自我检测3．(综合应用)某同学探究合力做的功和物体速度变化的关系的实验装置如图7－6－7所示，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行．用1条橡皮筋时对小车做的功记为W，当用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，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．(1)木板水平放置，小车在橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是_______(填