高中物理 第7章 第6節(jié) 實(shí)驗(yàn) 探究功與速度變化的關(guān)系期末課時同步復(fù)習(xí)課件 新人教版必修2.ppt

第六節(jié)實(shí)驗(yàn) 探究功與速度變化的關(guān)系 車神 舒馬赫 舒馬赫是當(dāng)之無愧的車神 在賽季之初 舒馬赫的實(shí)力一度受到懷疑 2003賽季舒馬赫的冠軍應(yīng)該說是最艱難的一次 f2003 ga并沒有真正讓舒馬赫成為無敵 在關(guān)鍵時刻 舒馬赫靠的 是自己的經(jīng)驗(yàn) 出色的技術(shù)以及臨場的發(fā)揮 當(dāng)然不能缺少的是天賦 舒馬赫就是集這些因素于一家的車神 車神在2004賽季的表現(xiàn) 在全世界又掀起一股強(qiáng)烈的紅色風(fēng)潮 實(shí)在讓人不服不行 1 通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究功與物體速度的變化關(guān)系 理解動能的概念 2 通過實(shí)驗(yàn)器材 思路 技巧及數(shù)據(jù)處理方法 體驗(yàn)科學(xué)的探究方法 培養(yǎng)科學(xué)探究的方法意識和能力 3 通過探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和過程 培養(yǎng)自主合作的科學(xué)精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度 課前預(yù)習(xí) 1 探究的目的是研究外力對物體 與物體 的關(guān)系 2 小車的末速度用 來測量 3 本實(shí)驗(yàn)并不需要測量橡皮筋做的功到底是多少焦耳 只要測出以后各次實(shí)驗(yàn)橡皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時的 這樣做可以大大簡化操作 做功 速度的變化 紙帶和打點(diǎn)計(jì)時器 倍數(shù) 4 實(shí)驗(yàn)所選取的器材 平板 小車 釘子 紙帶 5 尋找功與速度變化的關(guān)系 以橡皮筋的 為縱坐標(biāo) 為橫坐標(biāo) 作出w v曲線 即功 速度曲線 分析這條曲線 得出橡皮筋的拉力對小車所做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系 小車的速度v 橡皮筋 打點(diǎn)計(jì)時器 拉力所做的功w 探究的思路及過程 1 探究思路 用如右圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 通過增加橡皮筋的條數(shù)使橡皮筋對小車做的功成倍增加 通過打點(diǎn)計(jì)時器和紙帶測量每次橡皮筋對小車做功結(jié)束時小車的速度v 2 選用器材 1 小車 前面帶小鉤 2 長木板 在兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置 3 探究過程 1 按如上圖所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好 2 先用1條橡皮筋做實(shí)驗(yàn) 用打點(diǎn)計(jì)時器和紙帶測出小車獲得的速度v1 設(shè)此時橡皮筋對小車做的功為w1 將這一組數(shù)據(jù)記入表格 3 用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同 這樣橡皮筋對小車做的功為2w 測出小車獲得的速度v2 將數(shù)據(jù)記入表格 釘兩個鐵釘 3 打點(diǎn)計(jì)時器及紙帶 4 學(xué)生電源及導(dǎo)線 使用電火花計(jì)時器時不用學(xué)生電源 5 5 6條完全相同的橡皮筋 名師提示 探究實(shí)驗(yàn)中的重要方法及技巧 1 一條橡皮筋對小車做的功很難確定 如果改用兩條橡皮筋 在完全相同的情況下橡皮筋對小車做的功仍很難確定 但是 若以一條橡皮筋對小車做的功w為單位 則兩條相同的橡皮筋做的功為2w 這里巧妙地應(yīng)用了比例關(guān)系 4 用3條 4條 橡皮筋做實(shí)驗(yàn) 用同樣的方法測出速度 記入表格 2 將問題轉(zhuǎn)化以簡化實(shí)驗(yàn)過程 實(shí)驗(yàn)的目的是探究外力對物體做的總功與物體速度變化的關(guān)系 本實(shí)驗(yàn)總是讓小車從靜止開始運(yùn)動 使測定兩個速度 初速度和末速度 的問題轉(zhuǎn)化為只需測定一個末速度的問題 非常有利于操作和數(shù)據(jù)處理 也有不足之處 嘗試應(yīng)用 1 對于橡皮筋做的功來說 直接測量是有困難的 我們可以巧妙地避開這個難題而不影響問題的解決 只需要測出每次實(shí)驗(yàn)時橡皮筋對小車做的功是第一次實(shí)驗(yàn)的多少倍 使用的方法是 a 用同樣的力對小車做功 讓小車通過的距離依次為x 2x 3x 進(jìn)行第1次 第2次 第3次 實(shí)驗(yàn)時 力對小車做的功就是w 2w 3w b 讓小車通過相同的距離 第1次力為f 第2次力為2f 第3次為3f 實(shí)驗(yàn)時 力對小車做的功就是w 2w 3w 3w c 選用同樣的橡皮筋 在實(shí)驗(yàn)中每次橡皮筋拉伸的長度保持一致 當(dāng)用1條 2條 3條 同樣的橡皮筋進(jìn)行第1次 第2次 第3次 實(shí)驗(yàn)時 橡皮筋對小車做的功就是w 2w 3w d 利用彈簧測力計(jì)測量對小車的拉力f 利用直尺測量小車在力作用下移動的距離x 便可以求出每次實(shí)驗(yàn)中力對小車做的功 可控制為w 2w 3w 解析 在課本探究的思路中 要求改變橡皮筋的條數(shù) 在橡皮筋伸長一樣時就得到功的關(guān)系 既不是改變位移 也不是改變力f 所以不能選a b 更不能直接測量 也不選d 答案 c 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意哪些問題 1 平衡摩擦力實(shí)驗(yàn)中的小車不可避免地要受到摩擦力的作用 摩擦力對小車做負(fù)功 我們研究的是橡皮筋做的功與物體速度的關(guān)系 應(yīng)設(shè)法排除摩擦力的影響 可采用將木板一端墊高的方法來做實(shí)驗(yàn) 將木板一端墊高 使重力沿斜面方向的分力與摩擦力相平衡 就能消除摩擦力的影響 2 紙帶的數(shù)據(jù)處理打點(diǎn)計(jì)時器打出的紙帶上相鄰各點(diǎn)的間距并不均勻 應(yīng)選間距均勻的那一段紙帶來計(jì)算小車的速度 因?yàn)檫@一段是橡皮筋對小車做完功后的情形 3 不需要求出功的數(shù)值本實(shí)驗(yàn)是利用橡皮筋伸長量的多少表示拉力做功的大小 但不需要求出做功的值 每條橡皮筋做的功大小相等 4 如何通過圖像處理數(shù)據(jù)我們無法直接由一些數(shù)據(jù)得出規(guī)律性的結(jié)論 故需借助于圖像分析 而最容易想到的是w與v的關(guān)系 但得到的圖線無法得出結(jié)論 故再作w v2圖線 進(jìn)而得出結(jié)論 5 實(shí)驗(yàn)中物體的初速度為零 名師提示 本實(shí)驗(yàn)誤差的主要來源是橡皮筋的長度 粗細(xì)不一 致使橡皮筋的拉力做的功與橡皮筋的條數(shù)不成正比 其次是速度的測量誤差 小車受力為零的位置不一定在設(shè)定的位置 由于小車不受拉力的位置不一定在設(shè)定點(diǎn) 這就使拉力做的功與橡皮筋的條數(shù)不成正比 這樣作出的圖像就會發(fā)生偏離 嘗試應(yīng)用 2 在本實(shí)驗(yàn)中 小車在運(yùn)動中會受到阻力作用 這樣 在小車沿木板滑行過程中 除橡皮筋對其做功以外 還有阻力做功 這樣便會給實(shí)驗(yàn)帶來誤差 我們在實(shí)驗(yàn)中想到的辦法是 使木板略微傾斜 對于木板的傾斜程度 下列說法中正確的是 a 木板只是稍微傾斜一下即可 沒有什么嚴(yán)格的要求b 木板的傾斜角度在理論上應(yīng)滿足下面的條件 即重力使物體沿斜面下滑的分力應(yīng)等于小車受到的阻力c 如果小車在木板上能做勻速運(yùn)動 則木板的傾斜程度是符合要求的d 其實(shí)木板不傾斜 問題也不大 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)總是存在誤差的 解析 當(dāng)重力沿斜面向下的分力等于阻力 在橡皮筋對小車不做功時 小車就會勻速運(yùn)動 答案 b 實(shí)驗(yàn)的原理及操作 關(guān)于 探究功與速度變化的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)中 下列敘述正確的是 a 每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法求出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值b 每次實(shí)驗(yàn)中 橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致c 放小車的長木板應(yīng)該盡量使其水平d 先接通電源 再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 解析 實(shí)驗(yàn)中沒有必要測出橡皮筋做的功到底是多少 只要測出以后各次實(shí)驗(yàn)時橡皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時的多少倍就已經(jīng)足夠了 a錯 每次實(shí)驗(yàn)橡皮筋拉伸的長度必須保持一致 只有這樣才能保證以后各次實(shí)驗(yàn)時 橡皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時的整數(shù)倍 b錯 小車運(yùn)動中會受到阻力 只有使木板傾斜到一定程度 才能減少誤差 c錯 實(shí)驗(yàn)時 應(yīng)該先接通電源 讓打點(diǎn)計(jì)時器開始工作 然后再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 d正確 答案 d名師歸納 探究性實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該注意的問題主要是操作步驟和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的問題 規(guī)范做實(shí)驗(yàn) 明確實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理的方法是解題關(guān)鍵 變式應(yīng)用 1 在探究功與速度變化的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中 下列說法中正確的是 a 長木板要適當(dāng)傾斜 以平衡小車運(yùn)動中受到的阻力b 重復(fù)實(shí)驗(yàn)時 雖然用到橡皮筋的條數(shù)不同 但每次應(yīng)使橡皮筋拉伸的長度相同c 利用紙帶上的點(diǎn)計(jì)算小車的速度時 應(yīng)選用紙帶上打點(diǎn)最密集的部分進(jìn)行計(jì)算d 利用紙帶上的點(diǎn)計(jì)算小車的速度時 應(yīng)選用紙帶上打點(diǎn)最稀疏的部分進(jìn)行計(jì)算 c 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 在 探究功與速度變化的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)中得到甲 乙兩組數(shù)據(jù) 說明 小車質(zhì)量為300g 使用的橡皮筋由1根增加至6根 每次增加1根 小車受力方向的位移即橡皮筋被拉伸的長度為19cm 試根據(jù)以下數(shù)據(jù)分別在圖甲和圖乙中畫出w v圖 w v2圖 數(shù)據(jù)甲 由此得出結(jié)論 數(shù)據(jù)乙 解析 分析數(shù)據(jù)描點(diǎn)可作圖 如圖甲 乙所示 由此可得出結(jié)論 外力做的功與速度的平方成正比 答案 見解析名師歸納 解答這類問題時應(yīng)注意 1 合理地選取橫 縱坐標(biāo) 一般應(yīng)使圖線理論上為一直線 2 根據(jù)題目中所給數(shù)據(jù)合理地選取標(biāo)度 使所作圖線大致占滿整個坐標(biāo)紙 3 畫圖線時要使盡可能多的點(diǎn)落在圖線上 不在圖線上的點(diǎn)均勻分布在圖線的兩側(cè) 4 能辨別明顯錯誤的點(diǎn)并排除 變式應(yīng)用 2 在 探究功與物體速度變化關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)中 甲 乙兩位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作均正確 甲同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了 功和速度的關(guān)系圖線 如圖甲所示 并由此圖線得出 功與速度的平方一定成正比 的結(jié)論 乙同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了功與速度平方的關(guān)系圖線 如圖乙所示 并由此也得出 功與速度的平方一定成正比 的結(jié)論 關(guān)于甲 乙兩位同學(xué)的分析 你的評價是 a 甲的分析不正確 乙的分析正確b 甲的分析正確 乙的分析不正確c 甲和乙的分析都正確d 甲和乙的分析都不正確 解析 功與速度的平方成正比 即w kv2 因此作出的w v的圖象是拋物線的一部分 答案 c 基礎(chǔ)練 1 在探究功與速度變化的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中 下列說法正確的是 a 通過改變橡皮筋的條數(shù)改變拉力做功的數(shù)值b 通過改變橡皮筋的長度改變拉力做功的數(shù)值c 通過打點(diǎn)計(jì)時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度d 通過打點(diǎn)計(jì)時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度 ac 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)得到了如圖所示的一條紙帶 在a b c d中應(yīng)該選用哪個點(diǎn)的速度才符合要求 c 3 在探究功與物體速度變化的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中 某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中得到了 一條如圖所示的紙帶 這條紙帶上的點(diǎn)兩端較密 中間疏 出現(xiàn)這種情況的原因 不可能是 a 電源的頻率不穩(wěn)定b 木板傾斜程度太大c 沒有使木板傾斜或傾角太小d 小車受到的阻力較大 b 4 在本實(shí)驗(yàn)中作出的w v圖線如圖所示 應(yīng)為 解析 由于w v2圖線是一條直線 所以w v圖線應(yīng)是開口向上的拋物線 只有b對 答案 b 5 實(shí)驗(yàn)中木板略微傾斜 這樣做 a 是為了釋放小車后 小車能勻加速下滑b 是為了增大小車下滑的加速度c 可使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功d 可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運(yùn)動 cd 6 若打點(diǎn)計(jì)時器打點(diǎn)時間間隔是0 02s 則通過如下圖所示的紙帶的點(diǎn)距可求出小車由于橡皮筋做功后而獲得的速度為 m s 解析 題目要求小車由于橡皮筋的彈力做功后而獲得的速度 則此時小車應(yīng)該脫離彈簧 所以小車將做勻速直線運(yùn)動 應(yīng)該選取打點(diǎn)均勻的一部分計(jì)算小車的最終速度 故有v 答案 1 2 提高練 7 某研究性學(xué)習(xí)小組覺得教材中實(shí)驗(yàn)的測量過程較復(fù)雜 改進(jìn)如下 如圖所示 將教材中實(shí)驗(yàn)的長木板放在桌面的邊緣 小車的前端放一小球 小車在橡皮筋作用下加速運(yùn)動 到桌 面邊緣后小車在擋板作用下停止運(yùn)動 小球做平拋運(yùn)動 測出橡皮筋的條數(shù)為1 2 3 n時小球的平拋距離x1 x2 x3 xn 則 a 如果忽略一切摩擦 x n n為橡皮筋的條數(shù) b 如果忽略一切摩擦 x2 n n為橡皮筋的條數(shù) c 該實(shí)驗(yàn)中小車受到的摩擦力可以通過傾斜木板的方法平衡而不產(chǎn)生新的誤差d 該實(shí)驗(yàn)中傾斜木板會產(chǎn)生誤差 解析 由w v2 x v w n得x2 n 選項(xiàng)a錯誤 b正確 該實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了平拋運(yùn)動的規(guī)律 如果木板傾斜 則變?yōu)樾睊?將產(chǎn)生誤差 選項(xiàng)c錯誤 d正確 答案 bd 8 某同學(xué)在做實(shí)驗(yàn) 探究功與速度變化的關(guān)系 時 得到的數(shù)據(jù)如表1 1 由表中數(shù)據(jù)可得出定性結(jié)論 2 設(shè)一條橡皮筋拉長到固定長度所做的功為w0 大致畫出橡皮筋所做的功w與小車速度v的圖象 表1 3 由畫出的圖象大致可判斷w與v的關(guān)系是 4 填寫表2中的空白部分 解析 每條橡皮筋拉長的長度都一樣 一條橡皮筋拉長到固定長度所做的功為w0 則第2 3 4 5次拉長橡皮筋做的功應(yīng)分別為3w0 4w0 5w0 7w0 表2 1 定性結(jié)論 橡皮筋做的功與小車獲得的速度有關(guān) 并且做功越多 小車獲得的速度越大 2 橡皮筋所做的功w與小車速度v的圖象為拋物線 如右上圖所示 3 可能是w v2 4 如下表所示 答案 見解析 9 質(zhì)量為1kg的重物自由下落 通過打點(diǎn)計(jì)時器在紙帶上記錄運(yùn)動過程 打點(diǎn)計(jì)時器所接電源為6v 50hz的交流電源 如下圖所示 紙帶上o點(diǎn)為重物自由下落時紙帶打點(diǎn)的起點(diǎn) 選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)a b c d e f g依次間隔一個點(diǎn) 圖中未畫出 各計(jì)數(shù)點(diǎn)與o點(diǎn)距離依次為31