搜索
第6节探究功与物体速度变化的关系1、理解探究性实验中的探究思路、操作技巧和数据处理，能够自主设计实验。2、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。3、利用物理图象探究功与物体速度变化的关系。学习目标木板、小车、橡皮筋(若干）、打点计时器、电源、纸带、钉子2枚实验器材1.测量橡皮筋对小车做的功𝐖2.测量由于橡皮筋做功而使小车获得的速度𝒗3.实验过程（步骤）4.数据处理，寻找𝐖与𝒗的关系探究思路如何使拉力做的功等于合力做的功？（即如何抵消摩擦力）小车在运动过程中，有哪些力做功？F阻FGF阻FNFF2F1问题1：拉力和摩擦力做功把木板的一端垫高，使重力沿斜面向下的力与摩擦力平衡一、如何测量橡皮筋对小车做的功𝑾问题2：测量方案一：第一次，橡皮筋拉长一定距离做功W第二次，可把橡皮筋拉长为原来的2倍，做功为2W？一、如何测量橡皮筋对小车做的功𝑾问题：橡皮筋的弹力做功不容易计算①由重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物的质量大得多，且平衡摩擦力后，可以把重物的重力当做小车受到的牵引力，如图所示。②改变重物的质量或者改变小车运动的距离，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之间的关系。案例一的几点说明测量方案二：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，拴到小车上拉小车，且两次使每条橡皮筋伸长是一样的第三次……优点：这样就可以使第二次的功为第一次功的两倍，利用倍数关系可以巧妙地避开直接测量变力做功的问题①操作与作图技巧（1）按图所示，将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力。（2）先用1根橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做功为W1，将这一组数据记入表格。（3）用2根橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，设此时橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格。（4）用3根、4根……橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格。（5）以橡皮筋对小车做的功为纵坐标（以第一次实验时的功W1为一个单位），小车获得的速度为横坐标，作出W-v图象。如果W-v图象是一条过原点的直线，表明W∝v；如果不是直线，可考虑是否存在下列关系：W∝v2、W∝v3、W∝v……案例二的实验技巧、数据处理和注意事项②数据处理（1）算速度：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，小车速度的表达式为v=2xT，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来计算小车匀速运动时的速度。（2）定关系：选取W与v的数值进行对照，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，找出哪一个图象是直线，从而确定功与速度的关系。（3）得结论：从图象可知，功与物体速度的关系为W∝v2。③注意事项（1）测小车速度时，纸带上的点应选点距相等部分的，也就是选小车做匀速运动时的。（2）橡皮筋应选规格一样的，力对小车做的功以1根橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值。（3）每次释放小车时，都要让它从同一位置由静止开始运动。（4）小车的质量应大一些，使纸带上打的点多一些。特别提醒：为了使弹力功的大小与橡皮筋的条数成正比，每次拉长橡皮筋的长度应该相等。由纸带和打点计时器测出测量小车的速度一定是小车匀速运动时速度。二、测量小车获得的速度𝒗..........小车的运动情况：匀速运动加速运动小车匀速阶段的速度是弹力做功刚完毕时小车的速度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。?CBA三、实验步骤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。4、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。先对测量数据进行估算，或者做出𝑾—𝒗的图象，分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得速度的定量关系。四、数据处理，寻找𝐖与𝒗的关系v/(m·s－1)W0.0000.8011.1021.2831.5341.7651.896实验数据𝑾—𝒗图象实验实例𝑣2/(m2·s－2)𝑊0.0000.6411.2121.6432.3443.1053.576实验数据𝒗𝟐实验实例𝑾−𝒗𝟐图象𝑊∝𝑣2，即功与物体的速度的平方成正比。做出𝑾—𝒗的图象，结果不是直线。做出𝑊—𝑣2的图象，结果是一条直线四、数据处理，寻找𝐖与𝒗的关系实验回顾1、长木板，两侧适当的对称位置钉两个铁钉2、小车（前面带小钩）3、砝码（应该使小车的质量大些）4、5～6条等长的橡皮筋5、打点计时器及纸带6、学生电源及导线7、刻度尺本节实验需要的器材有：操作技巧1、小车在木板上运动时会受到阻力，可以采用什么方法进行补偿？2、测量橡皮筋拉力做功时利用倍数关系巧妙地避开直接测量变力做功的问题（但必须注意实验时，每次拉长橡皮筋的长度应该相等。3、纸带上的点距并不都是均匀的，应该采用那些点距来计算小车的速度？为什么？学生分组实验，并思考下面的问题：误差分析1、准备橡皮筋市售的橡皮筋规格不满足实验要求（长短，粗细不均匀），而且用至4根以上时弹力过大，使打出的纸带点数过少，以致找不出小车在不受弹力做匀速时所打出的点。可以选择服装中使用的多股橡皮筋的松紧带，外形有带状和圆柱状。2、在长木板上，小车、铁钉、打点计时器的位置应调整适当，以保证打在纸带上的点便于处理，求出小车运动的速度。3、平衡摩擦力时（误差的来源之一），可使木板略微倾斜，作为补偿。4、小车的质量较小，当用多条橡皮筋时，打出的点过少，应改用质量稍大的小车（或可加砝码），以保证打出的点便于处理。5、纸带上的点并不是均匀的，应该选用点迹均匀的部分来确定小车的速度。实验目标：探究功与速度变化的关系．实验器材：长木板、橡皮筋(若干)、小车、打点计时器、橡皮筋、电源、导线、刻度尺、木板．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．小结常考题型题1某同学做“探究合力做功与速度变化的关系”的实验装置如图所示，小车在橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行。用1条橡皮筋时弹力对小车做的功记为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。实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。回答下列问题：（1）本实验中，要调节小木块a的位置，目的是。（2）用完全相同的橡皮筋的目的是，每次实验（选填“必须”或“不必”）计算出橡皮筋对小车做功的具体数值。（3）为了测量小车获得的速度，应选用纸带上所打的点间距（选填“相等”或“不相等”）的一段。【解析】（1）调节小木块a的位置，目的是使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡，使得橡皮筋的拉力即为小车受到的合外力。（2）用完全相同的橡皮筋的目的是便于表示合外力做的功，这样合外力做的功就可以表示为W、2W、3W……不需要计算出橡皮筋对小车做功的具体数值，只要知道W、v的倍数关系即可。（3）选用纸带上间距相等的点，进而可求小车最后获得的动能，然后验证功与动能之间的关系。使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡便于表示合外力做的功不必相等题组一对实验原理的理解题2在利用橡皮筋“探究功与速度变化的关系”实验中，我们并不需要测出橡皮筋做的功到底是多少，只需测出以后各次实验时橡皮筋对小车做的功是第一次实验的多少倍即可，实验方法是（）A.用同样的力对小车作用，让小车通过的距离为s、2s、3s……进行第一次、第二次、第三次……实验，力对小车做的功就是W、2W、3W……B.让小车通过相同的距离，第一次力为F、第二次力为2F、第三次力为3F……，力对小车做的功就是W、2W、3W……C.选用同样的橡皮筋，在实验中每次拉伸橡皮筋的长度保持一致，当用1条、2条、3条……同样的橡皮筋进行第一次、第二次、第三次……实验时，橡皮筋对小车做的功就是W、2W、3W……D.利用弹簧测力计测量对小车的拉力F，利用直尺测量小车在力的作用下移动的距离s，便可求出每次实验中力对小车做的功C题3某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验如图所示，图中小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，该过程中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。（1）除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和（选填“交流”或“直流”）电源。题组二实验操作与数据处理（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（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（4）在正确操作情况下，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，应选用纸带的部分进行测量（根据如图所示的纸带回答）。交流DBGJ【解析】（1）打点计时器使用的是交流电源；（2）平衡摩擦力时，应将纸带穿过打点计时器，放开拖着纸带的小车，小车能够匀速下滑即可，故D正确；（3）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）从纸带上看，纸带的GJ段打点比较均匀，所以应选用纸带的GJ段进行测量。题4某同学在做“探究功与速度变化的关系”实验时，得到的数据如表1。表1实验序号12345橡皮筋条数13457小车速度v/（m·s-1）0.711.231.421.581.87（1）由表中数据可得出的定性结论是。（2）设一条橡皮筋拉长到固定长度所做的功为0W，大致画出橡皮筋所做的功W与小车速度v的关系图象。（3）由画出的图象大致可判断W与v的关系是。（4）填写表2中的空白部分。表2实验序号12345橡皮筋做的功W0v2/（m2·s-2）W与v的关系小车获得的速度与橡皮筋做的功有关，并且做功越多，小车获得的速度越大。2Wv03W04W05W07W0.501.512.022.503.50W∝v2解析：（1）定性结论：小车获得的速度与橡皮筋做的功有关，并且做功越多，小车获得的速度越大。（2）橡皮筋所做的功W与小车速度v的关系图象为抛物线，如图所示。（3）可能是2Wv。（4）如下表所示。实验序号12345橡皮筋做的功W03W04W05W07W0v2/（m2·s-2）0.501.512.022.503.50W与v的关系W∝v2