探究功与物体速度变化的关系+

第五章机械能及其守恒定律6、探究功与物体速度变化的关系弹性势能重力势能动能重力做功弹力做功外力做功速度WG＝EP1－EP2WF＝EP1－EP2实验目的：1、通过实验探究外力做功与物体速度变化的关系2、通过实验数据分析，总结出外力做功与物体速度平方的正比关系复习实验原理：实验器材：橡皮筋小车打点计时器纸带木板铁钉借助橡皮筋做功探究功与速度变化的关系橡皮筋、小车、木板、打点计时器、铁钉等思考小车在木板上运动的过程中，哪一阶段橡皮筋对小车做功？橡皮筋对小车拉力做的功能否直接测量？橡皮筋的弹力是变力，且弹力与伸长量的关系也不严格遵守胡克定律，不容易计算。???CBA橡皮筋被拉伸直到恢复原长的过程中怎样设计实验才能解决这一问题?解决方案第一次用一条橡皮筋拉小车第二次用两条完全相同的橡皮筋并联起来栓到小车上拉小车，且使每条橡皮筋的伸长都和第一次的伸长量一样做功W做功2W依次类推，并联三条、四条……橡皮筋，且拉伸的长度都一样，做的功为3W、4W……倍增法思考小车在木板上做什么性质的运动？先加速后匀速再减速我们要取的速度是哪个阶段的速度？这个速度该如何测量？橡皮筋恢复原长时的速度。利用打点计时器，用橡皮筋恢复原长时的一段位移与所用时间的比值近似计算该点的瞬时速度如何使拉力做的功等于合力做的功？即如何抵消摩擦力。思考橡皮筋对小车做的功是合力做的功吗？把木板的一端垫高，使重力沿斜面向下的力与摩擦力平衡F阻FGF阻FN还有摩擦力做功FF2F14、在上述实验中打出的5条纸带中，分别找出小车开始近似做匀速运动的点，并分别测出匀速运动时的速度v1、v2、v3、v4、v5。3、用2条、3条、4条、5条橡皮筋分别代替1条橡皮筋重做实验，保证每次释放小车的位置相同，即橡皮筋被拉长的长度相同。1、将打点计时器固定在一块平板上，让纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。将平板安装有打点计时器的一端适当垫高，调整高度，直至轻推小车后使小车恰能在板上做匀速直线运动为止。2、将橡皮筋固定在小车前端。拉长橡皮筋使小车位于靠近打点计时器处，记下小车位置。接通打点计时器电源，释放小车。实验过程??CBA数据记录实验次数橡皮筋做的功位移l/m时间间隔t/s匀速运动时的速度v/(m/s)123454WW2W3W5W..........弹力做功刚完毕时小车的速度用什么方法处理数据比较直观?图象法处理数据做W-v图若为曲线若为直线，则W与v成正比做W-v2图若为曲线若为直线，则W与v2成正比…………做W-v3图……为什么不做W-图?1v数据处理Wv/(m/s)1234560.801.101.281.531.761.89W-v图00为什么图象会通过原点?W-v2图数据处理Wv2/(m2·s-2)0010.6421.2131.6442.3453.1063.57表明W与v2成正比注意事项1、橡皮筋的选择2、平衡摩擦力3、误差分析4、橡皮筋的条数5、实验装置的选取改变钩码的质量或者改变小车运动的，也就改变了牵引力做的功，从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系.由钩码通过滑轮牵引小车，当小车的质量比钩码大得多时，可以把钩码所受的当作小车受到的牵引力.如图所示.方案二借助恒力做功探究功与速度变化的关系重力距离1.原理(1)按如图1所示安装好实验仪器.(2)平衡摩擦力：将安装有打点计时器的长木板的一端垫高，让纸带穿过打点计时器连在小车后端，(填“不挂”或“挂上”)钩码，接通电源，轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出的点为止.(3)在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线绕过滑轮连接小车和钩码.(4)将小车停在打点计时器附近，先，再，小车运动一段时间后，关闭打点计时器电源.(5)改变钩码的数量，更换纸带重复(4)的操作.不挂间隔均匀接通电源释放小车2.实验步骤3.数据处理(1)选取点迹清晰的纸带，选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0、1、2、3….(2)测出0到点1、点2、点3…的距离，即对应的小车的位移x1、x2、x3…，利用公式vn＝求出点1、点2、点3…对应的瞬时速度v1、v2、v3….(3)确定此纸带所挂的钩码的重力G，利用Wn＝，分别求出小车的位移为x1、x2、x3…时牵引力所做的功W1、W2、W3….(4)先对测量数据进行估算，或作W－v草图，大致判断两个量可能的关系，如果认为是W∝v2(或其他)，然后以W为纵坐标，v2(或其他)为横坐标作图，从而判定结论.xn＋1－xn－12TGxn(1)平衡摩擦力时，不挂钩码，轻推小车后，小车能做匀速直线运动.(2)计算牵引力做功时，可以不必算出具体数值，只用位移的数值与符号G的乘积表示即可.4.注意事项例1某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图所示，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出的，沿木板滑行，这时，橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条、……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、……实验时(每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致)，每次实验中小车获得的速度根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算.例题分析(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和(填“交流”或“直流”)电源.交流解析打点计时器使用的是交流电源.(2)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力，则下面操作正确的是A.放开小车，能够自由下滑即可B.放开小车，能够匀速下滑即可C.放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可D.放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可√平衡摩擦力时，应将纸带穿过打点计时器系在小车上，放开拖着纸带的小车，小车以及纸带与打点计时器之间的摩擦力和小车的重力沿木板方向的分力平衡，故D正确.(3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是A.橡皮筋处于原长状态B.橡皮筋仍处于伸长状态C.小车在两个铁钉的连线处D.小车已过两个铁钉的连线√木板水平放置，未平衡摩擦力.放开小车后，小车做加速运动，当橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小时，小车的速度最大，此时橡皮筋仍处于伸长状态，B正确.(4)在操作正确的情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用图纸带的______(填“A～G”或“G～J”)部分进行测量.G～J从纸带上看，纸带的G～J段打点比较均匀，所以应选用纸带的G～J段进行测量.(1)试在图中作出相应关系图象.(2)从图象可以得出的实验结论是.W∝v2答案解析从乙图看出W∝v2.解析一、借助恒力做功探究功与速度变化的关系例1为了探究“合力做功与速度变化的关系”，某学习小组在实验室组装了如图所示的装置，备有下列器材：打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、天平、细沙.他们称得滑块的质量为M、沙和小桶的总质量为m.当滑块连接上纸带，让细线跨过光滑滑轮并悬挂空的小桶时，滑块处于静止状态.要完成该实验，请回答下列问题：(1)要完成本实验，还缺少的实验器材是.(2)实验时为保证滑块受到的合力与沙、小桶的总重力大小基本相等，沙和小桶的总质量应满足的实验条件是，实验时为保证细线拉力等于滑块所受的合力，首先要做的步骤是.答案毫米刻度尺沙和小桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力(3)在满足(2)问的条件下，让小桶带动滑块加速运动，如图所示为打点计时器所打的纸带的一部分，图中A、B、C、D、E是按时间先后顺序确定的计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，相邻计数点间的距离已标注在图上，当地重力加速度为g，在B、D两点间对滑块进行研究，合力对滑块做的功为，vB＝，vD＝(用题中所给的代表数据的字母表示).答案mg(x2＋x3)x1＋x22Tx3＋x42T知能优化训练课堂互动讲练核心要点突破课前自主学案第7章机械能守恒定律本部分内容讲解结束点此进入课件目录按ESC键退出全屏播放谢谢使用1．关于“探究功与速度变化的关系”的实验，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学习指导p65:解析：选D本实验无需测出橡皮筋具体做功的数值，只要测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍即可，A错误；每次实验橡皮筋拉伸的长度必须保持一致，只有这样才能保证每次实验时，橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍，B错误；小车运动中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，才能减小误差，C错误；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。学习指导p65:2、(多选）在本实验中，小车在运动中会受到阻力作用，这样，在小车沿木板滑行的过程中，除橡皮筋对其做功以外，还有阻力做功，这样便会给实验带来误差，我们在实验中想到的办法是，使木板略微倾斜，对于木板的倾斜程度，下面说法正确的是A、木板只要稍微倾斜一些即可，没有什么严格的要求B、木板的倾斜程度在理论上应满足下列条件：即重力使物体沿斜面下滑的分力应等于小车受到的阻力C、如果小车不受拉力时在滑行的木板上能做匀速运动，这木板的倾斜程度是符合要求的D、其实木板不倾斜，问题也不大，因为实验总是存在误差的BC学习指导P例1.探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图所示，实验主要过程如下：(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、……(2)分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度v1、v2、v3、……(3)作出W­v草图。(4)分析W­v图象。如果W­v图象是一条直线，表明W∝v；如果不是直线，可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝v等关系。以下关于该实验的说法中不正确的是()A．本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、……所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、……B．小车运动中会受到阻力，补偿的方法是使木板适当倾斜C．某同学在一次实验中，得到一条记录纸带。纸带上打出的点，两端密、中间疏。出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小D．根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算[解析]由实验原理可知改变橡皮筋做功多少的办法是靠改变橡皮筋条数来实现的，A正确；为使橡皮筋的拉力等于小车所受的合力，通过使木板倾斜的方法平衡摩擦阻力，B正确；若没有平衡或平衡摩擦力不足，就会出现橡皮筋拉力为零后，小车减速运动，打出的点逐渐变密，C正确；计算速度，应以最后一段点间距(即小车达到匀速运动的区域)进行计算，D错误。[答案]D【变式】(多选)在用如图所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时，下列说法正确的是()A．为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速直线运动B．为了简便起见，每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样C．可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值D．可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值E．实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源F．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度G．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度解析：左端垫高利用小车重力沿斜面向下分力与摩擦力平衡来满足橡皮筋做功是合力功．实验中要求橡皮筋规格相同，拉伸长度相同即每个橡皮筋做功相等，所以只要通过改变橡皮筋条数就可以改变做功的数值，利用打点计时器时应该先接通电源再释放纸带．当橡皮筋松弛时，即加速结束时，小车做匀速直线运动，此时速度即为小车获得的最大速度．答案：ABCF延伸拓展:4、有一只小老鼠离开洞穴沿直线前进，它的速度与到洞穴的距离成反比，当它行进到离洞穴距离为d1的甲处时速度为v1，试求：（1）老鼠行进到离洞穴距离为d2的乙处