高中物理7.6探究功與速度之間關(guān)系導(dǎo)學(xué)案2新人教版.docx

第七章 機(jī)械能守恒定律第6節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究功與速度之間關(guān)系【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、會用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動的速度。2、學(xué)習(xí)利用物理圖象探究功與物體速度變化的關(guān)系?！局攸c(diǎn)、難點(diǎn)】通過用紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來探究功與速度的關(guān)系。預(yù)習(xí)案【自主學(xué)習(xí)】1本實(shí)驗(yàn)的目的：探究_和_的關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)總是讓小車從靜止開始，使測定兩個(gè)速度的的問題轉(zhuǎn)化為_的問題，有利于操作和數(shù)據(jù)處理發(fā)現(xiàn)規(guī)律。2實(shí)驗(yàn)中測速度一般用_來計(jì)時(shí)，還常用_。3如果以功W為縱坐標(biāo)，以v為橫坐標(biāo)，則圖象為_線?！緦W(xué)始于疑】 探究案【合作探究一】 1.探究思路本實(shí)驗(yàn)是按著如下的思路進(jìn)行的：（1）改變功的大小 用1條、2條、3條同樣的橡皮筋將小車?yán)酵晃恢冕尫牛鹌そ罾π≤囁龅墓σ来螢閃、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(diǎn)計(jì)時(shí)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Wv曲線（即功速度曲線）。分析這條曲線，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。例1本實(shí)驗(yàn)的探究思路有何巧妙之處？解答 實(shí)驗(yàn)中用橡皮筋的彈力拉動小車做功使小車獲得動能，探究橡皮筋做的功與小車速度變化的關(guān)系。橡皮筋的彈力是變力，所做的功是變力功，沒有現(xiàn)成的公式可以計(jì)算功的大小。即使知道彈力功的公式也不能用它進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)橄鹌そ畹膭哦认禂?shù)也是變化的。然而，改變橡皮筋的條數(shù)，保持小車相同的運(yùn)動距離，則彈力功的大小與橡皮筋的條數(shù)成正比。也就是說，在相同的位移情況下，用一條橡皮筋做的功為W，用兩條同樣的橡皮筋做的功就是2W，用同樣的三條橡皮筋做的功就是3W實(shí)驗(yàn)方法巧妙地避開了功的計(jì)算，直接確定了橡皮筋拉力對小車所做功的倍數(shù)關(guān)系。 2.注意事項(xiàng) (1) 平衡摩擦力 為了排除摩擦力的干擾，實(shí)驗(yàn)中可將木板放有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端墊高，讓小車重力沿斜面方向的分力來平衡摩擦力。具體方法是：將木板放有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端墊高，脫開鉤在小車上的橡皮筋，在小車尾部固定一紙帶，輕推小車使小車沿木板向下運(yùn)動。如果紙帶上打出的點(diǎn)距是均勻的，說明紙帶的運(yùn)動是勻速的，小車重力沿斜面方向的分力就剛好平衡了小車所受的摩擦力。(2) 如何選擇紙帶上的點(diǎn)確定速度？由于實(shí)驗(yàn)器材和每次操作過程的分散性，尤其是橡皮筋不可能做到各條之間的長度、粗細(xì)完全一致，使得每次改變橡皮筋的條數(shù)后，紙帶上反映小車勻速運(yùn)動階段的點(diǎn)數(shù)和這些點(diǎn)的位置，不一定都在事先的設(shè)定點(diǎn)（即用1根橡皮筋拉小車時(shí)，與橡皮筋剛好處于自由長度相對應(yīng)的紙帶上打下的點(diǎn)）之后，而可能在設(shè)定點(diǎn)的前后。這是因?yàn)樾≤囋趲讞l橡皮筋拉動下運(yùn)動至設(shè)定點(diǎn)時(shí)，各條橡皮筋可能在設(shè)定點(diǎn)的前、后對小車不產(chǎn)生拉力，從而使紙帶上打出的點(diǎn)出現(xiàn)上述情況。因此，需要對紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行分析，方法是比較設(shè)定點(diǎn)左右及設(shè)定點(diǎn)之后的若干個(gè)相鄰兩點(diǎn)間的距離是否基本相同，選擇相鄰距離基本相同的若干個(gè)點(diǎn)作為小車勻速運(yùn)動階段的點(diǎn)，用這些點(diǎn)計(jì)算小車的速度。例2 為了計(jì)算由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度，在某次實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)得到了如圖2-6-1所示的一條紙帶，在A、B、C、D中應(yīng)該選用哪個(gè)點(diǎn)的速度才符合要求？ABCD 解答 實(shí)驗(yàn)中所要求測量的速度應(yīng)該是橡皮筋作用完畢以后小車的速度，也就是小車所獲得的最大速度，由圖中可以看出，A、B兩點(diǎn)橡皮條還沒有作用完畢，而D點(diǎn)橡皮條作用完畢后已經(jīng)過了一段時(shí)間，所以最理想的點(diǎn)應(yīng)該是C點(diǎn)的速度。歸納總結(jié)【合作探究二】 用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，分別作出Wv曲線、W1/v曲線、Wv2曲線、W1/v2曲線、Wv3曲線。如果哪一種圖象更接近于過原點(diǎn)的傾斜直線，功與速度之間可能就是那一種正比關(guān)系。例3如果實(shí)驗(yàn)得到的各點(diǎn)在Wv坐標(biāo)系中大致呈現(xiàn)線性分布，那是什么原因？如何處理？解答 由最后的探究結(jié)果可知，Wv2，故Wv曲線應(yīng)是拋物線。實(shí)驗(yàn)得到的各點(diǎn)在Wv坐標(biāo)系中大致呈現(xiàn)線性分布，說明這些點(diǎn)取在了速度較大的區(qū)域，因?yàn)樵搾佄锞€在速度較大的部分其形狀趨近于直線。小車質(zhì)量小（如空車）而橡皮筋拉力較大時(shí)，小車的速度就比較大，加之實(shí)驗(yàn)次數(shù)少，所取的點(diǎn)數(shù)也少，使W、v各對應(yīng)點(diǎn)近似成線性分布?？梢詮膬煞矫娼鉀Q：實(shí)驗(yàn)時(shí)在小車中加砝碼，增大小車總質(zhì)量，使小車速度不致過快；畫圖時(shí)加大縱坐標(biāo)的單位長度，從原點(diǎn)開始描繪圖線也可以避免畫成直線。例4 有一只小老鼠離開洞穴沿直線前進(jìn)，它的速度與到洞穴的距離成反比，當(dāng)它行進(jìn)到離洞穴距離為d1的甲處時(shí)速度為v1，試求：（1）老鼠行進(jìn)到離洞穴距離為d2的乙處時(shí)速度v2多大？（2）從甲處到乙處要用去多少時(shí)間？解答：（1）由老鼠的速度與到洞穴的距離成反比，得v2 d2 = v1d1所以老鼠行進(jìn)到離洞穴距離為d2的乙處時(shí)速度v2 = d1v1/d2（2）由老鼠的速度與到洞穴的距離成反比，作出圖象，如圖2-6-2所示 2-6-2由圖線下方的面積代表的物理意義可知，從d1到d2的“梯形面積”就等于從甲處到乙處所用的時(shí)間，易得歸納總結(jié)【當(dāng)堂檢測】1關(guān)于功與物體速度變化的關(guān)系，你的探究結(jié)論是（ ）A B. C. D. 2關(guān)于上述探究結(jié)論，以下說法中正確的是（ ）A當(dāng)物體的初速度為0時(shí)，W表示力對物體所做的功，v表示物體獲得的速度B當(dāng)物體的初速度為0時(shí)，W表示力對物體所做的功，v表示物體速度的變化C當(dāng)物體的初速度不為0時(shí)，W表示力對物體所做的功，v表示物體獲得的速度D當(dāng)物體的初速度不為0時(shí)，W表示力對物體所做的功，v表示物體速度的變化3本實(shí)驗(yàn)為什么要平衡摩擦力？能否用本實(shí)驗(yàn)裝置探究拉力與摩擦力的合力所做的功與小車速度變化的關(guān)系？4若再給你一架天平和砝碼，你能利用本實(shí)驗(yàn)裝置研究功與質(zhì)量、速度間的關(guān)系嗎？請說說你的設(shè)想?！菊n后鞏固】1 平衡小車所受摩擦力的方法我們在以前的學(xué)習(xí)中也曾采用過，請說說曾在何處采用過。2“化曲為直”是運(yùn)用圖象法分析物理量關(guān)系的一種有效方法。這種方法我們在以前的學(xué)習(xí)中也曾采用過，請說說曾在何處采用過。3試分析本探究實(shí)驗(yàn)中誤差的主要來源。4某同學(xué)在探究功與物體速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了如圖2-6-3所示的實(shí)驗(yàn)。將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過電火花計(jì)時(shí)器。先用手提著紙帶，使重物靜止在靠近計(jì)時(shí)器的地方，然后接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列點(diǎn)。得到的紙帶如圖2-6-4所示，O點(diǎn)為計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)，該同學(xué)對數(shù)據(jù)進(jìn)行了下列處理：取OA=AB=BC，并根據(jù)紙帶算出了A、B、C三點(diǎn)的速度分別為VA=0.12m/s， VB=0.17m/s，VC=0.21m/s.根據(jù)以上數(shù)據(jù)你能大致判斷WV2？OABC 答案： 課堂檢測1B2ABD 3本實(shí)驗(yàn)是為了探究橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度間的關(guān)系，為此，必須排除摩擦力的干擾，所以要平衡摩擦力。假如不平衡摩擦力，那么當(dāng)拉力與摩擦力的合力為0時(shí)小車的位置，并不是橡皮筋剛恢復(fù)為自由長度時(shí)的位置，而是在橡皮筋剛變?yōu)樽杂砷L度時(shí)的位置之前，且該位置隨橡皮筋條數(shù)的增加而發(fā)生變化。也就是說，在橡皮筋恢復(fù)為自由長度前，小車以不同程度地進(jìn)入了減速運(yùn)動階段，我們在紙帶上很難確定相應(yīng)的位置。再有，當(dāng)一次次增加橡皮筋時(shí)，即拉力成倍增加時(shí)，摩擦力沒有發(fā)生變化，不可能相應(yīng)地成倍增加。我們無法計(jì)算合力功的大小，也不可能使合力功成倍增加，所以不能用本實(shí)驗(yàn)裝置探究拉力與摩擦力的合力所做的功與小車速度變化的關(guān)系。4用天平測出小車的質(zhì)量，并在小車內(nèi)加不同數(shù)量的砝碼以改變小車的總質(zhì)量m，如教材中的探究實(shí)驗(yàn)?zāi)菢舆M(jìn)行操作，確定橡皮筋所做的功W，測出小車相應(yīng)的速度v，畫出Wmv2、Wm2v2、W等圖象，看哪一種圖象是過原點(diǎn)的傾斜直線，即可確定相應(yīng)的比例關(guān)系。課后練習(xí)1探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系2探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系3本探究實(shí)驗(yàn)的誤差主要來源于以下三個(gè)方面： 橡皮筋的長度、粗細(xì)不一，使橡皮筋的拉力與橡皮筋的條數(shù)不成正比； 小車受力為0的位置，不一定在設(shè)定點(diǎn)； 由于小車不受拉力的位置不一定在設(shè)定點(diǎn)，這就使拉力功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比，而作圖象時(shí)縱坐標(biāo)的單位長度依然將功與橡皮筋的條數(shù)按正比關(guān)系取值，這樣使作出的W、v各對應(yīng)