2018-2019高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 7.6 實驗：探究功與速度變化的關(guān)系課件 新人教版必修2.ppt

6.實驗:探究功與速度變化的關(guān)系,【實驗?zāi)康摹?1.通過實驗探究外力做功與物體速度變化的關(guān)系。 2.通過實驗數(shù)據(jù)分析,總結(jié)出外力做功與物體速度平方的正比關(guān)系。,【實驗原理】 1.改變功的大小:如圖所示的實驗裝置,用1條、2條、3條規(guī)格相同的橡皮筋將小車?yán)酵晃恢糜伸o止釋放,橡皮筋拉力對小車所做的功依次為W、2W、3W,2.確定速度的大小:小車獲得的速度v可以由紙帶和打點計時器測出,也可以用其他方法測出。 3.尋找功與速度變化的關(guān)系:以橡皮筋拉力所做的功W為縱坐標(biāo),小車獲得的速度v為橫坐標(biāo),作出W-v和W-v2圖象。分析圖象,得出橡皮筋拉力對小車所做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系。,【實驗器材】 小車(前面帶小鉤)、長木板(兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘)、打點計時器及紙帶、學(xué)生電源及導(dǎo)線(若使用電火花計時器則不用學(xué)生電源)、若干條等長的橡皮筋、毫米刻度尺。,【實驗過程】 一、實驗步驟 1.按原理圖將儀器安裝好。 2.平衡摩擦力:在長木板有打點計時器的一端下面墊一塊木板,反復(fù)移動木板的位置,直至小車上不掛橡皮筋時,輕推小車,紙帶打出的點間距均勻,即小車能勻速運動為止。,3.先用1條橡皮筋做實驗,用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1,設(shè)此時橡皮筋對小車做的功為W,將這一組數(shù)據(jù)記入表格。 4.用2條橡皮筋做實驗,實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同,這時橡皮筋對小車做的功為2W,測出小車獲得的速度v2,將數(shù)據(jù)記入表格。,5.用3條、4條橡皮筋做實驗,用同樣的方法測出功和速度,記入表格。,二、數(shù)據(jù)處理 1.求小車速度。 實驗獲得如圖所示紙帶,利用紙帶上點跡均勻的一段測 出兩點間的距離,如紙帶上A、C兩點間的距離x,則v= (其中T為打點周期)。,2.計算W、2W、3W時對應(yīng)v、v2的數(shù)值,填入表格。,3.作圖象分析:在坐標(biāo)紙上分別作出 W-v 和 W-v2 圖線,從中找出功與速度變化的關(guān)系。,【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(zhǔn)帶來誤差。,【注意事項】 1.平衡摩擦力:將木板一端墊高,使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡。方法:使小車連著紙帶并接通電源,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做勻速運動,找到長木板的一個合適的傾角。,2.選點測速:測小車的速度時,紙帶上的點應(yīng)選均勻部分的,也就是選小車做勻速運動時的部分。 3.橡皮筋的選擇:橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的。橡皮筋彈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。,4.先后順序:開始實驗時,小車應(yīng)靠近打點計時器,并且要先接通電源再釋放小車。 5.小車的選擇:小車質(zhì)量應(yīng)適當(dāng)大一些,使紙帶上打的點多一些。,類型一 實驗原理及操作 【典例1】如圖所示是某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)做探究 “橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系”的實驗,圖中是 小車在一條橡皮筋作用下彈出,沿木板滑行的情形。這 時,橡皮筋對小車做功記為W。當(dāng)用2條、3條n條完全 相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次第n次實驗 時,每次橡皮筋都被拉伸到同一位置釋放。小車每次實,驗中獲得的速度可以由打點計時器所打的紙帶測出,圖甲為某次實驗中打出的紙帶。,(1)除了圖中已給出的實驗器材和電源外,還需要的器材有_。 (2)實驗時為了使小車只在橡皮筋作用下運動,應(yīng)采取的措施是_。 (3)每次實驗得到的紙帶上的點分布并不都是均勻的,為了測量小車最終獲得的末速度,應(yīng)選用紙帶的_ 部分進(jìn)行測量。,(4)下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理表。,從理論上講,橡皮筋做的功Wn與物體獲得的速度vn之間的關(guān)系是Wn_,請你運用表中的數(shù)據(jù)在如圖乙所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象,以驗證理論的正確性。,【解析】(1)要計算某點速度的大小,必須要測量紙帶上計數(shù)點間的距離,除了題圖中已給出的實驗器材和電源外,還需要的器材是刻度尺。 (2)實驗時為了使小車只在橡皮筋作用下運動,應(yīng)采取的措施是把放打點計時器一端的木板墊起適當(dāng)?shù)母叨纫云胶饽Σ亮Α?(3)小車最終做勻速運動,因此應(yīng)選用相鄰兩計數(shù)點間 隔相等的部分。 (4)根據(jù)動能定理可知,從理論上講,橡皮筋做的功Wn與 物體獲得的速度vn之間的關(guān)系是Wn ;以Wn為縱坐標(biāo), 以 為橫坐標(biāo),用描點作圖法作圖,圖象是過原點的直 線,說明Wn 。,答案:(1)刻度尺(2)把木板的左端墊起適當(dāng)?shù)母叨纫云胶饽Σ亮?3)每相鄰兩點之間距離相等(或點分布均勻),(4) 圖象如圖所示,類型二 數(shù)據(jù)處理與誤差分析 【典例2】為了探究功與速度變化的關(guān)系,現(xiàn)提供如圖所示的器材,打點計時器所接交流電頻率為50 Hz。讓小車在橡皮筋的作用下彈出后沿木板滑行,請思考探究思路并回答下列問題。,(1)為了消除摩擦力的影響應(yīng)采取的措施為_ _。 (2)當(dāng)我們分別用同樣的橡皮筋1條、2條、3條并起來進(jìn)行第1次、第2次、第3次實驗時,每次實驗中橡皮筋拉伸的長度都保持一致,我們把第1次實驗中橡皮筋對小車做的功記為W。,由于橡皮筋對小車做功而使小車獲得的速度可以由打點計時器和紙帶測出,如圖所示是其中四次實驗打出的部分紙帶。,試根據(jù)以下信息,填寫表格。,從表中數(shù)據(jù)可得出結(jié)論:_。,【解析】(1)為了消除摩擦力,應(yīng)將木板固定有打點計 時器的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?使小車在不接橡皮筋時緩 慢勻速下滑。 (2)由勻速運動的速度公式v= ,可求出小車的速度, 其中x可從題圖中讀出,分別為2.00 cm、2.83 cm、 3.46 cm、4.00 cm,交流電頻率為50 Hz,故T=0.02 s。,在誤差允許的范圍內(nèi),橡皮筋對小車做的功與小車速度的平方成正比。 答案:(1)將木板固定有打點計時器的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?使小車在不接橡皮筋時緩慢勻速下滑 (2)表格見解析在誤差允許的范圍內(nèi),橡皮筋對小車做的功與小車速度的平方成正比。,類型三 拓展創(chuàng)新 【典例3】某同學(xué)用如圖所示裝置做“探究合力的功與 動能改變量的關(guān)系”的實驗,他通過成倍增加位移的方 法來進(jìn)行驗證。方法如下:將光電門固定在水平軌道上 的B點,用重物通過細(xì)線拉小車,保持小車(帶遮光條)和 重物的質(zhì)量不變,已知遮光條的寬度d。通過改變小車,釋放點到光電門的距離進(jìn)行多次實驗,每次實驗時要求小車都由靜止釋放。,(1)如果每次實驗時遮光條通過光電門的時間為t,小車到光電門的距離為s,通過描點作出線性圖象來反映合力的功與動能改變量的關(guān)系,則所作圖象關(guān)系是_時才能符合實驗要求。 A.s-tB.s-t2 C.s-t-1 D.s-t-2,(2)下列實驗操作中必要的是_。 A.調(diào)整軌道的傾角,在未掛重物時使小車能在軌道上勻速運動 B.必須滿足重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 C.必須保證小車由靜止?fàn)顟B(tài)開始釋放,【解析】(1)由題意可知,該同學(xué)是通過成倍改變位移 來改變做功的,設(shè)小車所受的合力為F,對小車,有Fs= m ,即有s ,則D正確。,(2)由(1)可知,公式中的F是指小車所受到的合力,而且在整個實驗過程中保持不變,所以在該實驗中不需要平衡摩擦力;同理可知,重物與小車質(zhì)量的大小關(guān)系也不會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響;若小車釋放速度不為0,則會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響,選項C正確。 答案:(1)D(2)C,