探究功與速度變化的關系 學案 含答案

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1、第6節(jié) 實驗：探究功與速度變化的關系 一、實驗目的 1．通過實驗探究力對物體做的功與物體速度變化的關系． 2．體會探究的過程和所用的方法 二、實驗原理 1．分析與猜測 (1)通過研究重力做的功，我們確立了重力勢能的表達式，通過分析彈力做的功，我們探究了彈性勢能的表達式，那么，要研究動能的變化，也要從力做功開始． (2)物體在力的作用下通過一段位移時，力會對物體做功，物體的速度也會發(fā)生變化，所以二者之間存在聯(lián)系． 2．探究的思路 (1)要探究功與物體速度變化的關系，就要改變力對物體做的功，測出力對物體做不同功時物體的速度． (2)為簡化實驗，可將物體初速度設置為零，利

2、用如圖7－6－2所示的裝置進行實驗，通過橡皮筋來對小車做功W，通過打點計時器在紙帶上打出的點測量小車獲得的速度v，然后分析功W與速度v的關系． 三、實驗器材 木板、小車、橡皮筋、打點計時器(電火花打點計時器)、電源、紙帶等． 四、實驗步驟 1．按裝置圖安裝好實驗器材． 2．平衡摩擦力：將木板固定，打點計時器的一端稍微墊高，使小車能牽引紙帶在木板上做勻速運動． 3．先用一條橡皮筋做實驗，用打點計時器打出的紙帶測出小車前端通過兩鐵釘連線時小車的速度v1，設此時橡皮筋對小車做功為W1，將數(shù)據(jù)記入表格，用標尺記錄小車的初始位置． 4．改用2條、3條、4條……橡皮筋重復上述實驗，讓小車

3、開始位置相同，每次橡皮筋拉開的長度相同，記錄橡皮筋做功2W、3W、4W……情況下小車獲得的速度v2、v3、v4……. 5．分析數(shù)據(jù)，研究W與v的關系 五、數(shù)據(jù)的處理 用圖象法處理實驗數(shù)據(jù) 我們可根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，分別作出W—v曲線、W—v2曲線、W—v3曲線……哪一種圖象更接近于過原點的傾斜直線，功與速度之間就是哪一種正比關系． 用圖象法處理數(shù)據(jù)，要比計算法更簡捷更直觀． 六、實驗結論 無論是通過計算法還是作圖法都可以得出力對物體做的功與物體速度的平方成正比的結論，即W∝v2. 課堂練習 1.關于探究功與物體速度變化的關系實驗中，下列敘述正確的是( D ) A．每

4、次實驗必須設法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值 B．每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致 C．放小車的長木板應該盡量使其水平 D．先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 2.在“探究功與物體速度變化的關系”的實驗中，某同學在一次實驗中得到了一條如圖7－6－4所示的紙帶，這條紙帶上的點兩端較密，中間疏，出現(xiàn)這種情況的原因可能是(CD) 圖7－6－4 A．電源的頻率不穩(wěn)定 B．木板傾斜程度太大 C．沒有使木板傾斜或傾斜角太小 D．小車受到的阻力較大 3．對于橡皮筋做的功來說，直接測量是有困難的．我們可以巧妙地避開這個難題而不影響問題的解決，只需要測出每次實驗時橡皮筋

5、對小車做的功是第一次實驗的多少倍，具體做法是(C) A．用同樣的力對小車做功，讓小車通過的距離依次為x、2x、3x……進行第1次、第2次、第3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1次力為F、第2次力為2F、第3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1次、第2次、第3次……實驗時，橡皮筋對小車做的功就是W、2W、3W…… D．利用彈簧秤測量對小車的拉力F，利用直尺測量小車在力F作用下移動的距離x，便可以求出每次實驗中力對小

6、車做的功，可控制為W、2W、3W…… 4．某同學想利用自由落體運動研究“功與物體速度的關系”，實驗中下列四組物理量中需要直接或間接測量的量有(CD) A．重物的質量 B．重力加速度 C．重物下落的高度 D．與重物下落高度對應的重物的瞬時速度 5.在做“探究功與物體速度變化關系”的實驗時，下列說法正確的是(AC) A．通過改變橡皮筋的條數(shù)改變拉力做功的數(shù)值 B．通過改變橡皮筋的長度改變拉力做功的數(shù)值 C．通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度 D．通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度 6．在課本實驗中，小車會受到阻力，但可使木板傾斜

7、作為補償．則下列操作正確的是(D) 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 7．在“探究力對物體做功與速度變化的關系”的實驗中每次橡皮筋的拉伸長度都保持不變，這樣每次(B) A．做的功一樣 B．每條橡皮筋產(chǎn)生的彈性勢能相同 C．產(chǎn)生的動能相同 D．產(chǎn)生的重力勢能相同 8.在做“探究功與物體速度變化的關系”的實驗時，小車的質量為m，使用橡皮筋6根，每次增加一根，實驗中W、v、v2的數(shù)據(jù)已填在下面表格中. W v/m·s－1 v2/m2·s－2 0 0 0

8、 1.00 0.80 0.64 2.00 1.10 1.21 3.00 1.28 1.64 4.00 1.53 2.34 5.00 1.76 3.10 6.00 1.89 3.57 (1)試在圖7－6－3中作出圖象． (2)從圖象可以得出的實驗結論是____________________． 解析(1)將表中的數(shù)據(jù)分別描在圖7－6－3甲、乙所示的兩個坐標系中，然后在圖甲中用平滑曲線連接，在圖乙中用斜直線連接，并且使盡可能多的點分布在曲線上或對稱分布在直線兩側，如下圖甲和乙所示． (2)從乙圖看出W∝v2 9．質量為1 kg的重物自由下落，通

9、過打點計時器在紙帶上記錄下運動過程，打點計時器所接電源為6 V、50 Hz的交流電源，如圖4所示，紙帶上O點為重物自由下落時打點的起點，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)，各計數(shù)點與O點的距離依次為31.4、70.6、125.4、195.9、282.1、383.8、501.2，單位為mm，重力加速度為9.8 m/s2，則 圖4 (1)求出B、C、D、E、F各點速度并填入下表. 計數(shù)點 B C D E F 速度(m·s－1) (2)求出物體下落時a時間為ta＝tb－T＝ － ＝ 點到圖中各點過程中重力所做的功. 計

10、數(shù)點 B C D E F 功(J) (3)適當選擇坐標軸，在圖5中作出重力做的功與速度的相關量之間的關系圖． 圖5 圖中縱坐標表示____________，橫坐標表示____________，由圖可得重力所做的功與____________成________關系． 答案(1)1.18 1.57 1.96 2.35 2.74 (2)0.69 1.23 1.92 2.76 3.76 (3)如下圖所示 重力做的功WG 速度的平方v2正比 解析　(1)各點速度由公式v＝＝，求出 vB＝＝ m/s≈1.18 m/s 同理vC≈1.57 m/s，vD≈1.96 m/s，vE≈2.35 m/s，vF≈2.74 m/s (2)重力做的功由W＝mgΔx求出 WB＝mg＝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