7.6 實驗：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 實驗：探究功與速度變化的關(guān)系,注意事項 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，由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否勻速運動，找到木板一個合適的傾角． 2．選點測速：測小車速度時，紙帶上的點應(yīng)選均勻部分的，也就是選小車做勻速運動狀態(tài)的． 3．規(guī)格相同：橡皮筋規(guī)格相同時，力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計算出具體數(shù)值．,誤差分析 1．誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，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傾角過大也會造成誤差． 3．利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準確會帶來誤差．,【例1】 某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗如圖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，橡皮筋對小車做的功記為W.當用2條、3條…完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次…實驗時(每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致)，每次實驗中小車獲得的速度根據(jù)打點計時器所打在紙帶上的點進行計算．,實驗操作及注意事項,(1)除了圖中已有的實驗器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、刻度尺和________(選填“交流”或“直流”)電源． (2)實驗中，小車會受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當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動，當小車速度最大時，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．橡皮筋處于原長狀態(tài) B．橡皮筋仍處于伸長狀態(tài) C．小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處 D．小車已過兩個鐵釘?shù)倪B線,(4)在正確操作情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的________部分進行測量(根據(jù)如圖7－6－2所示的紙帶回答)． 圖7－6－2,解析 (1)打點計時器使用的是交流電源；(2)平衡摩擦力時，應(yīng)將紙帶穿過打點計時器，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，小車做加速運動，當橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小時，小車的速度最大，此時橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)，B正確；(4)從紙帶上看，紙帶的GJ段打點比較均勻，所以應(yīng)選用紙帶的GJ段進行測量． 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)：,實驗的數(shù)據(jù)處理,圖7－6－3,(注：每條橡皮筋拉長的長度都一樣) (1)由表可得出定性結(jié)論：____________________. (2)設(shè)一條橡皮筋拉長到固定長度所做功為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 每條橡皮筋拉長的長度都一樣，一條橡皮筋拉長到固定長度所做的功為W0，由做功與拉長橡皮筋條數(shù)成正比得，第2、3、4、5次拉長橡皮筋做功應(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，通過打點計時器在紙帶上記錄運動的過程，打點計時器所接電源為6 V、50 Hz的交流電源．如圖7－6－4所示，紙帶上O點為重物自由下落時紙帶打點的起點，選取的計數(shù)點A、B、C、D、E、F、G依次間隔一個點(圖中未畫出)，紙帶上的數(shù)據(jù)表示各計數(shù)點與O點間的距離．,拓展創(chuàng)新實驗,圖7－6－4,(1)求出B、C、D、E、F各點的速度并填入下表. (2)求出物體下落時從O點到B、C、D、E、F各點過程中重力所做的功，并填入下表.,(3)適當選擇坐標軸，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．圖中縱坐標表示________，橫坐標表示________，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．圖中縱坐標表示重力做的功WG，橫坐標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、實驗原理和誤差分析 1．在本實驗中，我們并不需要測出橡皮筋做的功到底是多少，只需測出以后各次實驗時橡皮筋對小車做的功是第一次實驗的多少倍，使用的方法是 ( )． A．用同樣的力對小車作用，讓小車通過的距離為s、2s、3s……進行第一次，第二次，第三次……實驗時，力對小車做的功就是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……實驗時，力對小車做的功就是W、2W、3W……,C．選用同樣的橡皮筋，在實驗中每次橡皮筋拉伸的長度保持一致，當用1條、2條、3條……同樣的橡皮筋進行第一次、第二次、第三次……實驗時，橡皮筋對小車做的功就是W、2W、3W…… D．利用彈簧測力計測量對小車的拉力F，利用直尺測量小車在力的作用下移動的距離s，便可求出每次實驗中力對小車做的功，可控制為W、2W、3W…… 解析 本實驗采用橡皮筋做功來進行實驗，橡皮筋的力是變力，因此選項A、B、D所說的方法不可能實現(xiàn)． 答案 C,2．實驗時小車在運動中會受到阻力作用．在小車沿長木板滑行的過程中，除橡皮筋對其做功外，還有阻力做功，這樣便 會給實驗帶來誤差，我們在實驗中想到的辦法是使長木板略為傾斜．對于長木板的傾斜程度，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動，則木板的傾斜程度是符合要求的 D．其實木板不傾斜，問題也不大，因為實驗總是存在誤差的,解析 由動力學(xué)知識可以知道，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動． 答案 BC,3．在探究功與速度變化的關(guān)系的實驗中，某同學(xué)在一次實驗中得到了一條如圖7－6－6所示的紙帶，這條紙帶上的點兩端較密，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動，在橡皮筋恢復(fù)原長以后做減速運動，且受到的阻力較大．故選項C、D正確． 答案 CD,二、實驗操作和數(shù)據(jù)處理 4．在探究功與速度變化的關(guān)系的實驗中，下列說法中正確的是 ( )． A．長木板要適當傾斜，以平衡小車運動中受到的阻力 B．重復(fù)實驗時，雖然用到橡皮筋的條數(shù)不同，但每次應(yīng)使橡皮筋拉伸的長度相同 C．利用紙帶上的點計算小車的速度時，應(yīng)選用紙帶上打點最密集的部分進行計算 D．利用紙帶上的點計算小車的速度時，應(yīng)選用紙帶上打點最稀疏的部分進行計算,解析 由于小車在運動中受到阻力(摩擦力和紙帶的阻力)作用，所以要使長木板適當傾斜，以平衡小車運動中受到的阻力，選項A正確；重復(fù)實驗時，為了使橡皮筋對小車所做的功與它的條數(shù)成正比，每次應(yīng)使橡皮筋拉伸的長度相同，選項B正確；利用紙帶上的點計算小車的速度時，由于要計算的是橡皮筋松弛后小車勻速運動的速度，所以應(yīng)選用紙帶上打點最稀疏的部分進行計算，選項C錯誤，D正確． 答案 ABD,5．某實驗小組的同學(xué)采用如圖7－6－7所示的裝置(實驗中，小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達地面)用打點計時器得到一條紙帶后，通過分析小車位移與速度變化的關(guān)系來研究合力對小車所做的功與速度變化的關(guān)系．圖7－6－7是實驗中得到的一條紙帶，點O為紙帶上的起始點，A、B、C是紙帶上的三個連續(xù)的計數(shù)點，相鄰兩個計數(shù)點間均有4個點未畫出，用刻度尺測得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點時，小車的瞬時速度vB＝________m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (2)實驗中，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W與v的關(guān)系作出的猜想，肯定不正確的是________．(填寫選項字母代號),圖7－6－9,(3)本實驗中，若鉤碼下落高度為h1時合力對小車所做的功為W0，則當鉤碼下落h2時，合力對小車所做的功為________．(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，又因為W＝Fl，F(xiàn)恒定不變，故W∝v2或W∝v3，A、D正確，B、C錯誤．,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,