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一、探究功与速度变化的关系1．实验方法：分别用1条、2条、3条……相同的橡皮筋拉静止的小车运动相同的位移．根据纸带所记录的物体运动的位移和对应的时间，探究拉力对小车做功与小车速度变化的关系．2．需要取得的数据：小车做匀速运动的位移和对应的时间.取得数据的方法是：用刻度尺测量纸带上点迹均匀的某两点间的距离xn，用v＝x/t算出对应的速度vn.233WvWvWvWv方法一 计算法：在确定了橡皮筋对小车所做的功并测出了小车获得的速度后，如果作出的－曲线不是一条直线，可以采用计算的方法分析数据．即根据测得的速度分别按、、算出相应的功的值，再与实验确定的功的值进行比较，判断与上述哪一种最接近，它们之间就具有哪一．数据处理种关系．23WvWvWExcevl方法二 图象法：我们也可根据实验测得的数据，分别作出－曲线、－曲线、－曲线如果哪一种图象更接近于过原点的倾斜直线，功与速度之间就是哪一种正比关系．方法三 软件法：利用数表软件进行数据处理．112.nnnhhgOhv．实验方法．用重物拖着纸带做自由落体运动，根据纸带所记录的物体下落的高度和对应的时间，验证重物减少的 与重物增加的 是否相等．当地的 、自由下落 和对应的 速度 取得数据的方法是：查当地的重力加速度的值，用刻度尺测量纸带上各点到起始点的距离，用＝重力势能动能 重力加速需要取得的数据度高度二、验证机械能守恒定律1.2nntv算出对应的速度3．数据处理方法一计算法：对每一计数点获得的数据进行计算并进行比较，若在误差允许的范围内，重力势能的减少量与动能的增加量相等，就可以得出机械能守恒的结论．方法二图象法：以v2/2为纵轴，以h为横轴画出图线，若是一条通过原点的直线，则可以得出机械能守恒的结论．图线的斜率表示重力加速度g.1．功与速度变化的关系的探究方法是怎样的？解答：(1)按图551安装器材，并将木板上固定打点计时器的一端稍微垫高，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力平衡(以小车能做匀速运动，即纸带上的点迹均匀为准)，以消除摩擦力的影响．(2)先用一条橡皮筋做实验，用标尺记录小车的初始位置，让橡皮筋将小车弹出，用打点计时器打出的纸带测出小车被弹出后的速度v1(作用完毕后小车匀速运动)，设此过程中橡皮筋对小车做功W1，将数据记入表格．(3)改用两条完全相同的橡皮筋做上述实验，小车要从第一次实验的位置开始运动，保证橡皮筋的拉伸长度与第一次相同，则第二次橡皮筋对小车做的功W2为第1次的2倍，通过分析纸带求出第2次的速度v2.(4)改用3条、4条……橡皮筋重复上述实验，用同样的方法得出功W3、W4……和速度v3、v4……(5)分析数据，看W与v是什么关系．2．验证机械能守恒定律的实验步骤是什么？解答：(1)如图552安装器材，注意计时器要竖直架稳．(2)将长约0.6m的纸带固定在重物上之后穿过计时器，用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方．(3)接通电源，松开纸带，让重物自由下落．(4)换几条纸带重做．在打下的纸带中挑选第一、二两点间距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量，得出各点到第一个点的距离hn.(5)算出各点的瞬时速度vn.(6)计算各点对应的重力势能减少量mghn，并和对应的动能增加量mvn2/2进行比较．3．两个实验的误差情况如何？解答：(1)在“探究功与物体速度变化关系”实验中，误差主要来源于以下两个方面：①选用橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力与橡皮筋的条数不成正比；②没有平衡阻力或平衡阻力时木板与水平面间的夹角偏小或偏大．因此，我们将有打点计时器的木板一端适当垫高，使拖着纸带的小车，在打点计时器正常工作的情况下，能够匀速下滑，从而减小误差．(2)“验证机械能守恒定律”实验中，重物和纸带下落时，纸带要受到打点计时器的阻力(电火花计时器的阻力小于电磁打点计时器的阻力)，重物要受空气的阻力．重物克服这些阻力做功，有机械能向内能转化．因此，我们在选择重物时应选择质量和密度较大的．在安装打点计时器时，应使其在竖直平面内，且使两个限位孔在同一竖直线上，从而减小阻力，减小误差．4．两个实验的过程中各应注意什么？解答：(1)在“探究功与速度变化的关系”实验中，应注意：①选橡皮条时应注意选择的橡皮条长度相同，粗细均匀．②在长木板上，小车、铁钉、打点计时器的位置应调整适当，以保证打出的纸带上的点便于处理．③打出的纸带上的点并不全都均匀，应选间距均匀的那一段来计算小车的速度．④小车质量较小，当用多条橡皮条时小车速度过大．可能使打出的纸带上的点少，难以选到合适的点计算小车的速度，可在小车上加100g－200g的砝码．?22”nhvvggh在验证机械能守恒定律实验中，应注意：①实验时要先接通电源，后放纸带．②由于本实验只比较重力势能的减少与动能的增加，故不需要测重物的质量．③为了减小空气阻力的影响，重物应选质量较大但体积又较小的物体．④重锤下落的高度，直接用刻度尺测量．而速度不能直接用＝计算．因为只要认为加速度为，机械能就当然守恒，就失去了验证的意义．应根据匀变速直线运动中，某段时间内中间时刻的.nv瞬时速度等于这段时间内的平均速度来求⑤由于阻力不可避免，实验结果是重力势能的减少量略大于动能的增加量．1．探究功与速度变化的关系例1：关于“探究功与速度变化的关系”的实验中，下列叙述正确的是()A．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B．每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C．放小车的长木板应该尽量使其水平D．先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出解析：本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要测出以后每次实验时橡皮筋做的功是第一次的多少倍就足够了，A错；每次实验时橡皮筋拉伸的长度必须保持一致，只有这样才能保证以后每次实验时橡皮筋做的功是第一次的整数倍，否则，功的数值难以测定，B错；小车运动过程中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，才能减小误差，C错；实验时，应该先接通电源，让打点计时器开始工作，然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出，D正确．答案：D变式训练1：在“探究功与物体速度变化关系”的实验中，甲、乙两位同学的实验操作均正确．甲同学根据实验数据作出了功和速度的关系图线，即W－v图，如图553甲所示，并由此图线得出“功与速度的平方一定成正比”的结论．乙同学根据实验数据作出了功与速度平方的关系图线，即W－v2图，如图乙，并由此也得出“功与速度的平方一定成正比”的结论．关于甲、乙两位同学的分析，你的评价是()A．甲的分析不正确，乙的分析正确B．甲的分析正确，乙的分析不正确C．甲和乙的分析都正确D．甲和乙的分析都不正确答案：A2．验证机械能守恒定律例2：在“验证机械能守恒定律”的实验中，所用电源的频率为50Hz，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图554所示(图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D、E分别是每打两个点取的计数点，单位：mm)．根据纸带计算：(1)若重物质量为mkg，则重物从开始下落到打B点时，减少的重力势能；(2)重物下落到B点时增加的动能；(3)从(1)(2)数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？22-0.2809801951911J5-0.1250220.04111.9441.890J2m/s1.944m/s2pkBBBEmghmgOBmmBvOCOATEmmBvm重物下落到打点时减少的重力势能为：＝＝＝＝到点时的速率＝＝＝物体从开始到下落到点时增加的动能为：解析：＝＝＝1.91112J1.890J132pkEmEm减少的重力势能＝增加的动能为＝从可知，在实验误差允许范围内重力势能的减少量等于其动能的增加量，机械能守恒．重物减少的重力势能略大于其增加的动能，原因是：重物下落过程中受空气阻力，打点计时器与纸带间有阻力等，损失了一部分答案：机械能．变式训练2：(2010·黄冈检测)如图555所示，甲、乙两图都是用来“验证机械能守恒定律”的装置，已知该打点计时器的打点频率为50Hz.(1)甲、乙两图相比较，________图所示的装置较好，其原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.用夹子固定纸带，可以避免乙图中用手握住纸带的弊端，一方面，由于手的抖动会造成纸带上的第一个点迹被拖长或位置不确定；另一方面，用夹子固定纸带便于将纸带调整为竖直方向，避免纸带与打点计时器限位孔之间产生过大的摩擦(两方面答出其一即可)甲(2)丙图是采用较好的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带，其中O为打出的第一个点，标为1，后面依次打下的一系列点迹分别标为2、3、4、5…经测量，第1、2两点间的距离小于1mm，对此小张和小李两位同学展开了讨论．小张同学认为：由自由落体运动可知，纸带如从静止开始下落，则1、2两点间的距离应接近2mm，这样的纸带不能用来进行实验数据的处理；小李同学认为：纸带上1、2两点间的距离没有接近2mm是因为打第一个点时纸带速度不为0，所以不要从第一点开始计算，我们必须从后面的计数点中取点算出速度与高度来验证机械能守恒定律．两人的观点是否正确？____________；纸带上1、2两点间的距离远小于2mm的主要原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.都不正确做本实验时没有必要刻意选择1、2点间距离接近2mm的纸带，如果1、2点间的距离小于2mm，意味着打第1个点时纸带未同步开始下落，而是有些滞后，打第一个点时纸带速度为0，故两人观点都不正确22232.vvhhk如果以为纵轴，以为横轴，根据实验数据绘出的－图线是，该图____线的斜率________＝_____ __________22221212.22:3mvmghvghhvhkgv若重物自由下落，应有＝，即＝，由数学知识可知，和成正比，绘出－图线将是正比例函数图象，图线的斜率＝解析正比例函数图像g变式训练3：某同学在用落体法验证机械能守恒定律时，进行了以下步骤：A．把电磁打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器接在低压交流电源上B．将连有重物的纸带穿过打点计时器的限位孔，提稳纸带C．释放纸带，然后接通电源开关，打出一条纸带D．更换纸带，重复B、C步骤，选出点迹清晰符合要求的纸带E2.()ghv．用公式＝求出速度，验证机械能是否守恒在以上的操作中，你认为存在错误的步骤是_______ 只填步骤前序号CE3.实验方法的变化例3：小明利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律，实验装置的示意图如图5－5－5所示，当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．所用的光电门传感器可测的最短时间为0.01s.将挡光效果好、宽度为d＝3.8×10－3m的黑色磁带若干段贴在透明直尺上，让直尺从一定高度由静止释放，并使其竖直通过光电门．某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间Δti与高度差Δhi，并将部分数据进行了处理，结果如下表所示．(取g＝9.8m/s2，表格中M为直尺质量)实验次序Δti(10－3s)vi＝(m