2017-2018學(xué)年物理人教版必修2課件第7章機(jī)械守恒定律第6節(jié)

第6節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系[學(xué)考報告]知識內(nèi)容探究做功與物體速度變化的關(guān)系考試要求必考加試√基本要求1.知道探究中需測定的物理量2．知道實(shí)驗(yàn)方案一中改變牽引力做功大小的方法3．知道實(shí)驗(yàn)方案一中測量牽引力做功數(shù)值的方法4．知道實(shí)驗(yàn)方案二中改變彈力做功大小的方法5．知道實(shí)驗(yàn)方案二中彈力做功大小與橡皮筋的條數(shù)成正比的操作要求，體會取一根橡皮筋所做的功為單位來簡化問題的思想方法6．知道實(shí)驗(yàn)方案中平衡摩擦力的方法7．會選擇合適的計數(shù)點(diǎn)并計算速度8．能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析、總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論發(fā)展要求體會從尋找W－v的關(guān)系轉(zhuǎn)向?qū)ふ襑－v2關(guān)系所蘊(yùn)含的思想和方法方案一、借助恒力做功探究功與速度變化的關(guān)系1．原理

重物通過滑輪牽引小車，當(dāng)小車的質(zhì)量比重物大得多時，可以把重物所受的_______當(dāng)做小車受到的牽引力。如圖1所示。[基礎(chǔ)梳理]知識點(diǎn)探究功與速度變化的關(guān)系重力

改變重物的質(zhì)量或者改變小車運(yùn)動的__________，也就改變了牽引力做的功，從而探究牽引力做的功與小車獲得的速度間的關(guān)系。圖1

距離

2．實(shí)驗(yàn)步驟

(1)按如圖1所示安裝好實(shí)驗(yàn)儀器。

(2)平衡摩擦力：將安裝有打點(diǎn)計時器的長木板的一端墊高，讓紙帶穿過打點(diǎn)計時器連在小車后端，不掛重物，接通電源，輕推小車，直到打點(diǎn)計時器在紙帶上打出間隔均勻的點(diǎn)為止。

(3)在小車中放入砝碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計時器，連在小車后端、用細(xì)線繞過滑輪連接小車和鉤碼。

(4)將小車停在打點(diǎn)計時器附近，先接通電源，再釋放小車，關(guān)閉電源。

(5)改變鉤碼的數(shù)量，更換紙帶重復(fù)4的操作。4．注意事項(xiàng)

(1)平衡摩擦力時，不掛重物，輕推小車后，小車能做勻速直線運(yùn)動。

(2)必須保證所懸掛重物的重力遠(yuǎn)小于小車的重力。

方案二、借助變力做功探究功與速度變化的關(guān)系1．原理

使小車在橡皮筋的作用下彈出，由橡皮筋提供牽引力，如圖2所示。圖2

改變橡皮筋的條數(shù)，橡皮筋對小車做的功分別是一條橡皮筋做功時的相應(yīng)__________，測出小車被彈出后的速度，能夠找到橡皮筋對小車做的功與小車速度的關(guān)系。

倍數(shù)

2．實(shí)驗(yàn)步驟

(1)按如圖2所示安裝儀器。

(2)第一次先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1，設(shè)此時橡皮筋彈力對小車做功為W，并將測得的數(shù)據(jù)記入表格。

(3)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，測出v2、v3、v4……，橡皮筋對小車做功分別為2W,3W,4W，…，將數(shù)據(jù)記入表格。

(4)小車運(yùn)動中會受到阻力，可以使木板略微傾斜，作為補(bǔ)償(需首先平衡摩擦力，然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn))。4．注意事項(xiàng)

(1)實(shí)驗(yàn)時選擇粗細(xì)、形狀、長度、材料完全相同的橡皮筋。

(2)每次實(shí)驗(yàn)時都讓小車從同一位置由靜止釋放，即保證每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長度都保持一致。

(3)實(shí)驗(yàn)中不必測出功和速度的具體數(shù)值，只要測出以后各次實(shí)驗(yàn)時做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時的多少倍即可。

(4)平衡摩擦力時，不要拴橡皮筋，但應(yīng)連著紙帶且接通電源。

(5)打出的紙帶上的點(diǎn)間距并不都是均勻的，應(yīng)選取點(diǎn)間距均勻部分來求小車的速度。5．實(shí)驗(yàn)結(jié)論

無論是通過計算法還是作圖法都可以得出力對物體做的功與物體速度的平方成正比的結(jié)論，即W∝v2。6．誤差分析

(1)誤差來源

①忘記平衡摩擦力或沒有完全平衡摩擦力對實(shí)驗(yàn)有影響。

②橡皮筋長度、粗細(xì)不一，使得拉力及拉力做的功與橡皮筋條數(shù)不成正比帶來誤差。

③紙帶上所打點(diǎn)的間距測量也會帶來誤差。

④描點(diǎn)不準(zhǔn)確帶來誤差。

(2)減小誤差的辦法

①實(shí)驗(yàn)前要先平衡掉摩擦力。

②盡量選用同一規(guī)格的橡皮筋。

③選用間距均勻的幾個間隔，測量其總長度，求得平均速度。

④描點(diǎn)時既要觀察各點(diǎn)的位置關(guān)系，又要考慮應(yīng)有的函數(shù)關(guān)系。若拉力大，小車速度大，點(diǎn)數(shù)少，可能會使W與v成線性關(guān)系，控制小車速度，增大縱坐標(biāo)單位長度，可減小誤差?！纠?】(1)用如圖4(a)所示的儀器探究做功與速度變化的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①將木板固定有打點(diǎn)計時器的一端墊起適當(dāng)高度，消除摩擦力的影響；

②小車鉤住一條橡皮筋，往后拉至某個位置，記錄小車的位置；

③先________，后________，小車拖動紙帶，打點(diǎn)計時器打下一系列點(diǎn)，斷開電源；

④改用同樣的橡皮筋2條、3條……重復(fù)②、③的實(shí)驗(yàn)操作，每次操作一定要將小車____________。[典例精析]

(2)打點(diǎn)計時器所接交流電的頻率為50Hz，圖(b)所示是四次實(shí)驗(yàn)打出的紙帶。

(a)

(3)根據(jù)紙帶，完成下表尚未填入的數(shù)據(jù)。

從表中數(shù)據(jù)可得出什么樣的結(jié)論？

答案(1)③接通電源釋放小車④從相同位置由靜止釋放(3)1.73

2.99橡皮筋做的功與速度的平方成正比次數(shù)1234橡皮筋做的功W2W3W4Wv(m/s)1.001.422.00v2(m2/s2)1.002.014.00【例2】

(2016·浙江名校協(xié)作體模擬)在探究“功和速度變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，小張同學(xué)用如圖5所示裝置，嘗試通過測得細(xì)繩拉力(近似等于懸掛重物重力)做的功和小車獲得的速度的值進(jìn)行探究，則圖5

(1)(多選)下列說法正確的是(

) A．該方案需要平衡摩擦力

B．該方案需要重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量

C．該方案操作時細(xì)線應(yīng)該與木板平行

D．該方案處理數(shù)據(jù)時應(yīng)選擇勻速時的速度

(2)某次獲得的紙帶如圖6所示，小張根據(jù)點(diǎn)跡標(biāo)上了計數(shù)點(diǎn)，請讀出C計數(shù)點(diǎn)在刻度尺上的讀數(shù)______