高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 第6節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系課件 新人教版必修

第第七七章章實(shí)驗(yàn)理論實(shí)驗(yàn)理論指導(dǎo)指導(dǎo)題型一題型一第第6 6節(jié)節(jié)知能演練知能演練提升提升典題案例典題案例導(dǎo)析導(dǎo)析題型三題型三題型二題型二 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?(1)探究力對物體做的功與物體速度變化的關(guān)系。探究力對物體做的功與物體速度變化的關(guān)系。(2)體會探究過程和所用的方法。體會探究過程和所用的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 讓橡皮筋拉動小車做功使小車的速度增加，若拉小車的讓橡皮筋拉動小車做功使小車的速度增加，若拉小車的橡皮筋的條數(shù)由橡皮筋的條數(shù)由1條變?yōu)闂l變?yōu)?條、條、3條條則橡皮筋對小車做的則橡皮筋對小車做的功為功為W、2W、3W利用打點(diǎn)計時器和紙帶測量每次實(shí)驗(yàn)利用打點(diǎn)計時器和紙帶測量每次實(shí)驗(yàn)后小車的速度，分析每次做的功與速度的關(guān)系，總結(jié)出功與后小車的速度，分析每次做的功與速度的關(guān)系，總結(jié)出功與速度的關(guān)系。速度的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)器材三、實(shí)驗(yàn)器材 木板、橡皮筋木板、橡皮筋(若干若干)、小車、打點(diǎn)計、小車、打點(diǎn)計時器、低壓交流電源、紙帶、刻度尺等。時器、低壓交流電源、紙帶、刻度尺等。四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟 (1)按如圖按如圖761所示安裝好實(shí)驗(yàn)儀器。所示安裝好實(shí)驗(yàn)儀器。(2)平衡摩擦力：將安裝有打點(diǎn)計時器的長木板的一端墊平衡摩擦力：將安裝有打點(diǎn)計時器的長木板的一端墊起，紙帶穿過打點(diǎn)計時器，不掛橡皮筋，閉合電源，輕推小起，紙帶穿過打點(diǎn)計時器，不掛橡皮筋，閉合電源，輕推小車，使打點(diǎn)計時器在紙帶上打出的點(diǎn)間隔均勻。車，使打點(diǎn)計時器在紙帶上打出的點(diǎn)間隔均勻。圖圖7 76 61 1 (3)第一次先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計時器和紙第一次先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計時器和紙帶測出小車獲得的速度帶測出小車獲得的速度v1，設(shè)此時橡皮筋彈力對小車做功，設(shè)此時橡皮筋彈力對小車做功為為W，并將得到的數(shù)據(jù)記入表格中。，并將得到的數(shù)據(jù)記入表格中。(4)換用換用2條、條、3條、條、4條條同樣的橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，并將同樣的橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，并將橡皮筋拉伸的長度都和第一次相同，測出小車獲得的速度橡皮筋拉伸的長度都和第一次相同，測出小車獲得的速度v2、v3、v4，橡皮筋對小車做功分別為，橡皮筋對小車做功分別為2W、3W、4W將數(shù)據(jù)記入表格中。將數(shù)據(jù)記入表格中。五、數(shù)據(jù)處理五、數(shù)據(jù)處理 (1)速度數(shù)值的獲得：實(shí)驗(yàn)獲得的是如圖速度數(shù)值的獲得：實(shí)驗(yàn)獲得的是如圖762所示的所示的紙帶，為探究橡皮筋彈力做功與小車速度的關(guān)系，需要測量紙帶，為探究橡皮筋彈力做功與小車速度的關(guān)系，需要測量的是彈力做功結(jié)束時小車的速度，即小車做勻速運(yùn)動的速度。的是彈力做功結(jié)束時小車的速度，即小車做勻速運(yùn)動的速度。所以，應(yīng)該在紙帶上測量的物理量是圖中所以，應(yīng)該在紙帶上測量的物理量是圖中 A1、A3 間的距離間的距離 x，小車速度的表達(dá)式為小車速度的表達(dá)式為 ，其中，其中 T 是打點(diǎn)計時器的振動是打點(diǎn)計時器的振動周期。即選擇相鄰距離基本相同的若干點(diǎn)來計算小車勻速時周期。即選擇相鄰距離基本相同的若干點(diǎn)來計算小車勻速時的速度。的速度。圖圖7 76 62 2WvnW2W3W4W5Wvv2v3 (3)逐一與逐一與W的一組數(shù)值對照，判斷的一組數(shù)值對照，判斷W與與 的可能關(guān)系或的可能關(guān)系或分別試探畫出分別試探畫出W與與v、W與與v2、W與與v3、W與間關(guān)系的圖像，找與間關(guān)系的圖像，找出哪一組的圖像是直線，從而確定功與速度的正確關(guān)系。出哪一組的圖像是直線，從而確定功與速度的正確關(guān)系。六、注意事項(xiàng)六、注意事項(xiàng) (1)適度平衡小車受到的摩擦力；適度平衡小車受到的摩擦力；(2)每次實(shí)驗(yàn)小車都要從同一位置由靜止開始運(yùn)動；每次實(shí)驗(yàn)小車都要從同一位置由靜止開始運(yùn)動；(3)應(yīng)選擇粗細(xì)均勻，一致性好的橡皮筋；應(yīng)選擇粗細(xì)均勻，一致性好的橡皮筋；(4)橡皮筋的拉伸長度要適度；橡皮筋的拉伸長度要適度；(5)使小車掛住橡皮筋的中點(diǎn)，放正小車，使小車沿木板使小車掛住橡皮筋的中點(diǎn)，放正小車，使小車沿木板的中間線運(yùn)動。的中間線運(yùn)動。七、誤差分析七、誤差分析 (1)誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細(xì)不一，使誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細(xì)不一，使橡皮筋的拉力與橡皮筋的條數(shù)不成正比。橡皮筋的拉力與橡皮筋的條數(shù)不成正比。(2)平衡摩擦力不夠或平衡過度造成誤差。平衡摩擦力不夠或平衡過度造成誤差。(3)利用打上點(diǎn)的紙帶計算小車的速度時，測量不準(zhǔn)利用打上點(diǎn)的紙帶計算小車的速度時，測量不準(zhǔn)帶來誤差。帶來誤差。例例1關(guān)于關(guān)于“探究功與速度變化的關(guān)系探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，下列的實(shí)驗(yàn)中，下列敘述正確的是敘述正確的是 ()A每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值 B每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致每次實(shí)驗(yàn)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(yīng)該盡量使其水平放小車的長木板應(yīng)該盡量使其水平 D先接通打點(diǎn)計時器的電源，再讓小車在橡皮筋的作用先接通打點(diǎn)計時器的電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出下彈出 解析解析本實(shí)驗(yàn)沒有必要測出橡皮筋做的功到底是多少本實(shí)驗(yàn)沒有必要測出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要測出以后各次實(shí)驗(yàn)時橡皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)焦耳，只要測出以后各次實(shí)驗(yàn)時橡皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時的多少倍就已經(jīng)足夠了，時的多少倍就已經(jīng)足夠了，A錯。每次實(shí)驗(yàn)橡皮筋拉伸的長錯。每次實(shí)驗(yàn)橡皮筋拉伸的長度必須保持一致，只有這樣才能保證以后各次實(shí)驗(yàn)時，橡皮度必須保持一致，只有這樣才能保證以后各次實(shí)驗(yàn)時，橡皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時的整數(shù)倍，筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時的整數(shù)倍，B錯。小車運(yùn)動中會受錯。小車運(yùn)動中會受到阻力，只有使木板傾斜到一定程度，才能減小誤差，到阻力，只有使木板傾斜到一定程度，才能減小誤差，C錯。錯。實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)該先接通電源，讓打點(diǎn)計時器開始工作，然后再實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)該先接通電源，讓打點(diǎn)計時器開始工作，然后再讓小車在橡皮筋的作用下彈出，讓小車在橡皮筋的作用下彈出，D正確。正確。答案答案D 例例2如圖如圖763所示為某學(xué)習(xí)小組做所示為某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速探究功與速度變化的關(guān)系度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置，圖中小車是在一條橡皮筋的作的實(shí)驗(yàn)裝置，圖中小車是在一條橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行，這時，橡皮筋對小車做的功記為用下彈出，沿木板滑行，這時，橡皮筋對小車做的功記為W。當(dāng)用。當(dāng)用2條、條、3條條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、次、第第3次次實(shí)驗(yàn)時，使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長的長度都保持一實(shí)驗(yàn)時，使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長的長度都保持一致。每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計時器所打的紙帶致。每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計時器所打的紙帶測出。測出。圖圖7 76 63 3 (1)在正確操作情況下，打在紙帶上的點(diǎn)，并不都是均在正確操作情況下，打在紙帶上的點(diǎn)，并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_部分進(jìn)行測量部分進(jìn)行測量(根據(jù)如圖根據(jù)如圖764所示的紙帶回答所示的紙帶回答)；圖圖7 76 64 4物理量物理量 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)次數(shù)次數(shù)橡皮橡皮筋做功筋做功10個間個間隔距隔距x(m)10個個間間隔時間隔時間T(s)小車獲小車獲得的速度得的速度vn(m/s)小車獲得小車獲得速度的平速度的平方方v(m2/s2)1W0.28800.21.442.0722W0.41760.22.094.3633W0.48960.22.455.9944W0.59040.22.958.7155W0.64800.23.2410.50(2)下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表。下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表。請運(yùn)用表中測定的數(shù)據(jù)在圖請運(yùn)用表中測定的數(shù)據(jù)在圖765所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖像，得出的結(jié)論是的圖像，得出的結(jié)論是_。圖圖7 76 65 5答案答案(1)GJ(只要取勻速部分均為正確只要取勻速部分均為正確)(2)如圖所示結(jié)論見解析如圖所示結(jié)論見解析 例例3某同學(xué)在某同學(xué)在“探究功與速度變化的關(guān)系探究功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計了如圖了如圖766甲所示的實(shí)驗(yàn)。將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿甲所示的實(shí)驗(yàn)。將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過電火花計時器。先用手提著紙帶，使重物靜止在靠近計時器過電火花計時器。先用手提著紙帶，使重物靜止在靠近計時器的地方。然后接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計時器的地方。然后接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計時器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn)。得到的紙帶如圖就在紙帶上打下一系列小點(diǎn)。得到的紙帶如圖766乙所示，乙所示，O點(diǎn)為計時器打下的第點(diǎn)為計時器打下的第1個點(diǎn)，該同學(xué)對數(shù)據(jù)進(jìn)行了下列處理：個點(diǎn)，該同學(xué)對數(shù)據(jù)進(jìn)行了下列處理：取取OAABBC，并根據(jù)紙帶算出了，并根據(jù)紙帶算出了A、B、C三點(diǎn)的速度分別三點(diǎn)的速度分別為為vA0.12 m/s，vB0.17 m/s，vC0.21 m/s。圖圖7 76 66 6根據(jù)以上數(shù)據(jù)你能否大致判斷根據(jù)以上數(shù)據(jù)你能否大致判斷Wv2?答案答案見解析見解析