《实验探究功与速度变化的关系》课件6

万有引力与航天第七章1.1.1集合的概念第六节实验：探究功与速度变化的关系第七章1.1.1集合的概念学习目标定位1课堂情景切入2知识自主梳理3重点难点突破4考点题型设计5课后强化作业7学习目标定位*探究功与物体速度变化的关系**能够通过实验数据的分析，总结出功与物体速度平方的正比关系*通过本节的探究思路，体会科学方法课堂情景切入如图所示，让钢球从斜面上由静止滚下，打到一个小木块上，能将木块撞出一段距离。提高小球的初始高度h，小球滚下撞击木块的速度变大，木块就会被撞的远些，说明功与速度变化有着密切联系。这一节我们将通过实验探究功与速度变化的定量关系。知识自主梳理1.在如图所示的装置中，释放小车，拉伸的橡皮筋对小车做功，使小车获得速度。第一次实验设橡皮筋对小车所做的功为W，后面的实验中都保持橡皮筋的拉伸长度与第一次_______。橡皮筋的条数分别为原来的2倍、3倍……，橡皮筋对小车所做的功分别为______W、______W……探究思路一致234．如果W－v曲线是__________，表明W∝v；如果不是直线，可着手考虑是否存在下列关系：W∝______、W∝v3、W∝v……2．由纸带和打点计时器分别测出小车获得的速度v1、v2、v3……3．以橡皮筋对小车做的功为_____坐标(以第一次实验时的功W为单位)，小车获得的速度为_____坐标，作出W－v曲线。纵横一条直线v21.小车运动中受到阻力，小车的速度在运动中是变化的。使木板倾斜，让小车不受橡皮条的拉力时_______下滑，也就是__________摩擦力。2．橡皮条做功完毕后，小车匀速运动，则打在纸带上的点应是_______分布的，利用纸带点_______和打点计时器记录的_______求出速度。操作的技巧匀速平衡掉均匀间距时间先对测量数据进行估计，或者作出W－v草图，大致判断两个量可能有什么关系。如果认为有可能是W∝v2，就对每一个速度值算出它的二次方，然后以_____为纵坐标，_______为横坐标作图(不是以v为横坐标)。如果这样作出的图象是__________，说明两者关系真的是W∝v2……数据的处理Wv2一条直线重点难点突破一、实验器材木板、小车、橡皮筋(若干)、打点计时器、低压交流电源、纸带、刻度尺等。二、实验步骤1．按实验要求安装好实验仪器。2．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，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。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，并将橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，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，尝试做W－v，W－v2等图象，探究W、v的关系。三、数据处理1．速度数值的获得：实验获得的是如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功与小车速度的关系，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，小车此时速度的表达式为v＝x2T，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。2．计算小车做的功分别为W、2W、3W…时对应的v、v2、v3、v…的数值，填入表格。WvnW2W3W4W5Wvv2v3v3.逐一与W的一组数值对照，判断W与v、v2、v3、v…的可能关系或尝试着分别画出W与v、W与v2、W与v3、W与v间关系的图象，找出哪一组的图象是直线，从而确定功与速度的正确关系。四、误差分析1．误差来源：一是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，二是橡皮筋长度、粗细不一，使得拉力及拉力的功与条数不成正比带来误差，三是纸带上所打点的间距测量也会带来误差。四是描点不准带来误差。2．减小误差的办法(1)实验前要先平衡摩擦力。(2)尽量选用同一规格的橡皮筋。(3)选用间距均匀的几个间隔，测量其总长度，求得平均速度。(4)描点时既要观察各点的位置关系，又要考虑应有的函数关系，若拉力大，小车速度大，点数少，可能使W与v呈线性关系，控制小车速度，加大纵坐标单位长度，可减小误差。五、注意事项1．平衡摩擦力的方法：将木板一端垫高，轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到木板的一个合适的倾角。2．测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动的。3．橡皮筋应选规格一样的，力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值。4．每次释放小车时，都要让它从同一位置由静止开始运动。5．小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些。考点题型设计对实验原理及实验过程的考查用如图所示的装置，探究功与物体速度变化的关系。实验时，先适当垫高木板，然后由静止释放小车，小车在橡皮筋弹力的作用下被弹出，沿木板滑行。小车滑行过程中带动通过打点计时器的纸带，记录其运动情况。观察发现纸带前面部分点迹疏密不匀，后面部分点迹比较均匀，回答下列问题：(1)适当垫高木板是为了________。(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”)。(3)若实验做了n次，所用橡皮筋分别为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表示橡皮筋对小车所做的功，作出的W－v2图线是一条过坐标原点的直线，这说明W与v的关系是_____________________________________________________________________________。解析：(1)为使橡皮筋对小车做的功等于合力对小车做的功，需利用小车重力沿木板方向的分力平衡摩擦力。(2)实验中需要求橡皮筋做功后小车获得的速度，所以应用纸带的后面部分。(3)“过原点的直线”意味着纵横坐标轴对应的两个量成正比关系。答案：(1)平衡摩擦力(2)后面部分(3)W与速度v的平方成正比下面探究“功与物体速度变化关系”的实验步骤，其合理顺序是________。①将小车拉至图中C处，使AB和BC间距离大致相等，接通打点计时器电源，放开小车，小车带动纸带运动，打下一系列的小点，由纸带分析求出小车通过B位置时的速度v，设第1次橡皮筋对小车做的功为W。②做出W－v、W－v2的图象，分析图象的特点，得出结论。③如图所示，先固定打点计时器，在长木板的两侧A处钉两个小钉，小车放在B处挂上一根橡皮筋(即图示情况)，使橡皮筋处于自由长度。④用2条、3条…同样的橡皮筋进行第2次、第3次…实验，每次实验保持橡皮筋拉伸的长度不变，用同样的方法测出v2、v3…记下2W、3W…记入表格。答案：③①④②实验数据处理下表是在探究功与速度变化的关系实验中的测量数据，其中实验所用的计时器为电火花计时器，小车质量为300g，使用的橡皮筋1至6根，每次增加1根。小车受力的位移即橡皮筋被拉伸的长度为19cm。v/(m·s－1)0.000.801.101.281.531.761.89W/J0.001.002.003.004.005.006.00根据以上数据，怎样才能找出W与v的关系？解析：通过试探与分析，确定W与v的关系：先试探画出W－v图象，大致判断一下W与v的关系，再画出其他的图象，找出哪一组的图象是直线，从而确定功与速度的最终关系。W－v图象如下图所示。由图象可以看出，W很可能与v2成正比，通过计算，列表如下：v2/(m2·s－2)W/J0.000.000.641.001.212.001.643.002.344.003.105.003.576.00依据上述数据，作W－v2的图象如图所示。结论：由图象可知，功与速度的平方成正比。下表是在探究功与物体速度变化的关系时得到的数据。请根据以下数据在图中完成W－v、W－v2、W－v3图象，并由图象确定功与速度变化的关系。W(一条橡皮筋做的功作为功的单位)12345678v(m/s)1.42.02.42.83.23.53.74.0v2(m2/s2)v3(m3/s3)解析：v2、v3的数值如下表所示：W(一条橡皮筋做的功作为功的单位)12345678v(m/s)1.42.02.42.83.23.53.74.0v2(m2/s2)1.964.05.767.8410.2412.2513.6916.0v3(m3/s3)2.748.013.8221.9532.7742.8850.6564.0W－v、W－v2、W－v3图象如图所示。由图可得力对物体做的功与速度的平方成正比。创新设计实验现有以下器材：小球、弧形光滑轨道、刻度尺、铅笔、白纸、复写纸、铁架台、重锤等，试探究能否设计一个实验，探究合外力的功与物体速度的关系。并说明：(1)实验方案：(2)探究功与速度的方法。解析：(1)实验方案：①如图固定好轨道，让其末端保持水平②让小球从轨道的某一高度h处由静止滚下，最后落在置于水平面上的白纸及复写纸上。③记下小球释放点及最后落点的位置，用刻度尺测出释放点的高度h及落点P到O点的距离x。④多次改变小球的释放点位置，记录并测量每次的h、x的值。(2)探究方法：①由小球的落点P到O点的距离可求得平抛的初速度v＝xt，由下落的高度h，可求沿轨道运动中合力(重力)的功W＝mgh，t一定，mg一定，所以h与x的关系反映了W与v的关系。②在坐标纸上建立h－x坐标系，描出一系列点。③用平滑的曲线连接各个点。④可尝试作出h－x2，h－x3或h－x图线，探究功与速度的关系。如图所示，汽车已成为人们外出的重要交通工具之一，评价汽车性能的主要指标有动力性、经济性、稳定性、制动性等，其中制动性主要是指在良好的路面上，汽车迅速降低车速直到停车的距离，表中记录的是汽车以不同速率行驶时，制动后所经过的距离。请根据表中的数据，用图象分析推断克服阻力做功与汽车速率变化之间的关系。汽车速率v/(km·h－1)制动距离s/m101204401650256036解析：制动过程中阻力不变，设每制动1m，克服阻力做的功为W1、则制动4m、16m、25m、36m，克服阻力做的功分别为4W1、16W1、25W1、36W1，作出W－v图象如下图所示。可见W与v不是正比关系，猜想W与v2成正比，作出W－v2图象如下图所示。可见W与v2成正比。课后强化作业（点此链接）