6　實(shí)驗(yàn)探究功與速度變化的關(guān)系

1、6實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系 1領(lǐng)會(huì)探究功與速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，經(jīng)歷探究學(xué)習(xí)的情感體驗(yàn)過程 2知道用一根橡皮筋所做的功為“單位的功”，理解小車做勻速運(yùn)動(dòng)階段測(cè)量速度比 較合理 3能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，會(huì)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，理解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)尋找W與v的關(guān)系的方 法 教學(xué)目標(biāo) 【重點(diǎn)】 學(xué)習(xí)探究功與速度變化關(guān)系的物理方法，并會(huì)利用圖像法處理數(shù)據(jù) 【難點(diǎn)】 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法圖像法 重點(diǎn)難點(diǎn) 本節(jié)是一節(jié)探究實(shí)驗(yàn)課在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索、收集數(shù)據(jù)時(shí)，需要考慮什么是有價(jià)值的數(shù) 據(jù)，用什么方法來獲得數(shù)據(jù)，以及如何證明這些數(shù)據(jù)是可靠的在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，操作 應(yīng)規(guī)范；在收集數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)實(shí)事求是，堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度對(duì)實(shí)

2、驗(yàn)所得到的結(jié) 論要會(huì)判斷是否科學(xué)，判斷的標(biāo)準(zhǔn)就是看其是否具有重復(fù)性，即不論由哪位同學(xué)來做 這個(gè)實(shí)驗(yàn)，也不論做幾次，在允許的誤差范圍內(nèi)結(jié)果都應(yīng)該是相同的 教學(xué)建議 過去我們強(qiáng)調(diào)的實(shí)驗(yàn)，主要所指為操作技能，現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)的實(shí)驗(yàn)，除了操作技能外，希 望學(xué)生更加重視實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)思想與技能的學(xué)習(xí)比如在探究功與速度變化的關(guān)系時(shí)， 并不需要計(jì)算功的具體數(shù)值，原因是什么？在探究之前，要重點(diǎn)掌握本實(shí)驗(yàn)中的探究 方法另外用圖像處理數(shù)據(jù)比較形象、直觀，而且誤差也小，所以這種方法必須能夠 熟練應(yīng)用. 教學(xué)建議 【導(dǎo)入一】 教師活動(dòng)：前面幾節(jié)課研究了重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系，從而確立了重力勢(shì)能的表 達(dá)式探究了彈力做功與彈性勢(shì)

3、能的關(guān)系，從而確立了彈性勢(shì)能的表達(dá)式這一節(jié)和 下一節(jié)我們來探究功與物體動(dòng)能的關(guān)系 我們知道物體的動(dòng)能和速度有關(guān)，我們還不能馬上研究力對(duì)物體做的功和動(dòng)能的關(guān)系， 我們先來研究力對(duì)物體做的功和速度變化的關(guān)系 新課導(dǎo)入 【導(dǎo)入二】 在很早的時(shí)候人們就認(rèn)識(shí)到，要想使物體運(yùn)動(dòng)是要付出代價(jià)的在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中我們也經(jīng) 常遇到這樣的例子：要想使汽車運(yùn)動(dòng)起來是要消耗汽油的；要想使火箭獲得一個(gè)很大的 速度，從而飛向太空，這同樣要消耗大量的燃料；要想使鉛球、鐵餅等物體獲得初速度 從而把它們投擲出去，這也需要運(yùn)動(dòng)員耗費(fèi)大量的體力 以上各種現(xiàn)象中，要使物體獲得的速度越大，需要付出的代價(jià)越高，這說明了什么物理 問題？ 新課導(dǎo)

4、入 學(xué)習(xí)互動(dòng) 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1領(lǐng)會(huì)“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，經(jīng)歷探究學(xué)習(xí)的情感體驗(yàn)過 程 2知道用一根橡皮筋所做的功為“單位的功”，理解在小車做勻速運(yùn)動(dòng)階段時(shí)測(cè)量速 度比較合理 3能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，會(huì)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，理解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)尋找W與v的關(guān)系的方 法 學(xué)習(xí)互動(dòng) 【實(shí)驗(yàn)原理】 讓橡皮筋拉動(dòng)小車做功使小車的速度增加，使拉小車的橡皮筋的條數(shù)由1條變?yōu)?條、 3條則橡皮筋對(duì)小車做的功為W、2W、3W通過對(duì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打紙帶的測(cè)量 計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)后小車的速度，最后分析每次做的功與獲得的速度的關(guān)系，總結(jié)出功 與獲得的速度的關(guān)系. 【實(shí)驗(yàn)器材】 木板、橡皮筋(若干)、小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、

5、低壓交流電源、紙帶、刻度尺等 學(xué)習(xí)互動(dòng) 【實(shí)驗(yàn)步驟】 1按如圖761所示安裝好實(shí)驗(yàn)儀器 圖761 2平衡摩擦力：將安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的長木板的一端墊起，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連 接到小車上，不掛橡皮筋，閉合電源，輕推小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出間隔均勻 的點(diǎn) 學(xué)習(xí)互動(dòng) 3第一次先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出小車獲得的速度v1，設(shè)此 時(shí)橡皮筋彈力對(duì)小車做功為W，并將得到的數(shù)據(jù)記入表格 4換用2條、3條、4條同樣的橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，并使橡皮筋拉伸的長度都和第一次 相同，讓小車從同一位置由靜止釋放，測(cè)出v2、v3、v4橡皮筋對(duì)小車做功分別為 2W、3W、4W將數(shù)據(jù)記入表格 5分析數(shù)據(jù)，嘗試作W

6、v、Wv2等圖像，探究W與v的關(guān)系 學(xué)習(xí)互動(dòng) 【數(shù)據(jù)處理】 1速度數(shù)值的獲得：實(shí)驗(yàn)獲得如圖762所示的紙帶，為探究橡皮筋彈力做功與小 車獲得的速度的關(guān)系，需要測(cè)量的是彈力做功結(jié)束時(shí)小車的速度，即小車做勻速運(yùn)動(dòng) 的速度所以，應(yīng)該在紙帶上測(cè)量的物理量是圖中A1、A3間的距離x，小車速度的表 達(dá)式為vx/2T，其中T是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期，即選擇相鄰距離基本相同的若干點(diǎn) A1、A2、A3來計(jì)算小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度 圖762 學(xué)習(xí)互動(dòng) 學(xué)習(xí)互動(dòng) 【誤差分析】 本實(shí)驗(yàn)誤差主要來源于以下幾個(gè)方面： 1由于忘記平衡摩擦力或沒有完全平衡摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響； 2橡皮筋長度、粗細(xì)不一，使得拉力及拉力的功與條數(shù)不成

7、正比帶來誤差； 3紙帶上所打點(diǎn)的間距測(cè)量也會(huì)帶來誤差； 4描點(diǎn)不準(zhǔn)帶來誤差 學(xué)習(xí)互動(dòng) 【注意事項(xiàng)】 1適度平衡小車受到的摩擦力； 2每次實(shí)驗(yàn)小車都要從同一位置由靜止開始運(yùn)動(dòng)； 3應(yīng)選擇粗細(xì)均勻、一致性好的橡皮筋； 4橡皮筋的拉伸長度要適度； 5使小車掛住橡皮筋的中點(diǎn)，放正小車，使小車在木板的中間位置沿直線運(yùn)動(dòng). 備用習(xí)題 1用如圖所示的裝置，探究功與物體速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，先適當(dāng)墊高木板放有 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端，然后由靜止釋放小車，小車在橡皮條彈力的作用下被彈出，沿木 板滑行小車滑行過程中帶動(dòng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，記錄運(yùn)動(dòng)情況觀察發(fā)現(xiàn)紙帶 前面部分點(diǎn)跡疏密不均勻，后面部分點(diǎn)跡比較均勻，回答下列

8、問題： (1)適當(dāng)墊高木板放有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端是為了 _； (2)通過紙帶求小車速度時(shí)，應(yīng)使用紙帶的_ (選填“全部”“前面部分”或“后面部分”)； 備用習(xí)題 (3)若實(shí)驗(yàn)做了n次，所用橡皮條分別為1根、2根、n根，通過紙帶求出小車的速 度分別為v1、v2、vn，用W表示橡皮條對(duì)小車所做的功，作出的Wv2圖線是一 條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，這說明W與v2的關(guān)系是_ 答案(1)平衡摩擦力(2)后面部分 (3)W與v2成正比 備用習(xí)題 2“探究彈力做功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，當(dāng)小車在兩條橡皮筋作 用下彈出時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W0.當(dāng)用4條、6條、8條橡皮筋并在一起進(jìn) 行第2次、第3次

9、、第4次實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為2W0、3W0、4W0 每次實(shí)驗(yàn)中由靜止彈出的小車獲得的最大速度均可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出 (1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是() A電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以用直流電源供電， 電壓為46V B實(shí)驗(yàn)中使用的若干根橡皮筋的原長可以不相等 C每次實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出 備用習(xí)題 備用習(xí)題 答案(1)CD(2)0.83 備用習(xí)題 3某同學(xué)為探究“合力做功與物體速度變化的關(guān)系”， 設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，他的操作步驟是： 按圖安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，其中小車質(zhì)量M0.20kg， 鉤碼總質(zhì)量m0.05kg. 釋放小車，然后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(電源頻率為f50Hz)，打出一

10、條紙帶 (1)他在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條，如圖767所示把打 下的第一個(gè)點(diǎn)記作0，然后依次取若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出，用 厘米刻度尺測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)距離分別為d10.004m，d20.055m，d30.167 m，d40.256m，d50.360m，d60.480m，他把鉤碼重力(當(dāng)?shù)刂亓铀俣?g取9.8m/s2)作為小車所受合力算出從打下0點(diǎn)到打下點(diǎn)5過程合力做功W_J， 打下點(diǎn)5時(shí)小車的速度v5_m/s.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) 備用習(xí)題 (2)此次實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果誤差很大，他沒能得到“合力對(duì)物體做的功Wv2”的結(jié) 論通過反思，他認(rèn)為產(chǎn)生誤差的原

11、因如下，其中正確的是_ A鉤碼質(zhì)量太大，使得合力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多 B沒有平衡摩擦力，使得合力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多 C釋放小車和接通電源的次序有誤，使得動(dòng)能增量的測(cè)量值比真實(shí)值偏小 D沒有使用最小刻度為毫米的刻度尺測(cè)距離也是產(chǎn)生此誤差的主要原因 備用習(xí)題 答案(1)0.1761.12(2)AB 備用習(xí)題 自我檢測(cè) 1(實(shí)驗(yàn)步驟)(多選)如圖763所示，與小車相連且通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一條足夠長的 紙帶上的點(diǎn)間距明顯不均勻，右端間距小，左端間距大，下面的分析和判斷正確的是 () 圖763 A若左端與小車相連，可能平衡摩擦力時(shí)，木板傾斜度太大 B若右端與小車相連，可能平衡

12、摩擦力時(shí)，木板傾斜度太大 C若左端與小車相連，可能小車有一定的初速度，實(shí)驗(yàn)前忘記或沒有完全平衡摩擦力 D若右端與小車相連，可能實(shí)驗(yàn)前忘記或沒有完全平衡摩擦力 自我檢測(cè) 答案BC 解析若紙帶左端與小車相連，從紙帶上點(diǎn)的間距可以判斷小車做減速運(yùn)動(dòng)，小車 有一定初速度，減速原因可能是實(shí)驗(yàn)前忘記或沒有完全平衡摩擦力，C項(xiàng)正確，A項(xiàng) 錯(cuò)誤；若紙帶右端與小車相連，小車一直做加速運(yùn)動(dòng)，說明可能平衡摩擦力時(shí)，木 板傾角太大，B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤 自我檢測(cè) 2(綜合應(yīng)用)某同學(xué)用如圖764所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行“探究功與速度變化的關(guān)系” 的實(shí)驗(yàn)圖中A為小車，連接在小車后面的紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B的限位孔，它們均置 于長

13、木板上實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過改變橡皮筋的條數(shù)讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、 3W 通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來測(cè)定小車獲得的速度v1、v2、v3請(qǐng)回答下面 幾個(gè)問題： (1)在本實(shí)驗(yàn)中，小車會(huì)受到阻力的作用，這時(shí)需要使 木板傾斜作為補(bǔ)償，下列操作正確的是_(填選 項(xiàng)前的字母) 圖764 自我檢測(cè) A不掛橡皮筋，輕輕推一下小車，使小車能夠加速下滑即可 B不掛橡皮筋，輕輕推一下小車，使小車能夠勻速下滑即可 C小車在橡皮筋的拉力作用下，能夠加速下滑即可 D小車在橡皮筋的拉力作用下，能夠勻速下滑即可 (2)用一根橡皮筋套住小車，拉至某個(gè)位置，先接通電源再釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙 帶上打下一系列的點(diǎn)已知打點(diǎn)計(jì)

14、時(shí)器使用 的交流電周期為0.02s得到的其中一條紙 帶如圖765所示，應(yīng)選圖中的_ (選填“AB”或“CD”)段來計(jì)算小車的速度v， 計(jì)算結(jié)果為v_m/s. 圖765 自我檢測(cè) (3)本實(shí)驗(yàn)使用的橡皮筋總數(shù)是6根，實(shí)驗(yàn)中W、v、v2的數(shù)據(jù)已記錄在下面表格中，并 根據(jù)數(shù)據(jù)畫出了Wv和Wv2圖像如圖766所示甲、乙兩個(gè)圖像中， _(選填“甲”或“乙”)可以比較直觀地得出功與速度變化的關(guān)系 W/W v/(ms1) v2/(m2s2) 000 10.800.64 21.101.21 31.351.82 41.552.40 51.732.99 61.893.57圖766 自我檢測(cè) 答案(1)B(2)CD0.36(3)乙 自我檢測(cè) 3(綜合應(yīng)用)某同學(xué)探究合力做的功和物體速度變化的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置如圖767 所示，小車在橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行用1條橡皮筋時(shí)對(duì)小車做的功記為 W，當(dāng)用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，每 次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長的長度都保持一致實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的 紙帶測(cè)出 (1)木板水平放置，小車在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，