江苏省涟水县第一中学人教版高中物理必修二学案：7.6 实验 探究功和速度变化的关系（无答案）

6、实验
探究功和速度变化的关系
【学习目标】
1、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。
2、学习利用物理图像探究功与物体速度变化的关系。
3、通过用纸带与打点计时器来探究功与物体速度相关量变化的关系，体验知识的探究过程和物理学的研究方法。
【知识要点】
学习任务1：动能的探究
思考：
初中学习知道物体由于运动而具有动能，可以肯定动能与速度有关，而且“速度v越大，动能Ek也越大”。那么动能是与速度的一次方成正比呢，还是与速度的二次方成正比？或者它们之间具有更复杂的函数关系？
问题：
前面的学习中分别通过什么途径获得重力势能、弹性势能的表达式的？受此启发能否也沿袭这一思路来探究动能与速度的关系呢？
结论：
对物体做功意味着物体的速度发生变化------通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系，找到动能表达式的线索。
学习任务2：探究的思路
阅读教材：
P69“探究的思路”部分
实验装置：
问题1：
是否需要橡皮筋做功的具体数值？为什么？
问题2：
为了达到各次实验中橡皮筋做的功成倍增加，即实现倍增，对各次实验中橡皮筋的伸长量有什么要求？你想出了什么办法？
问题3：
小车运动中会受到阻力，可以采用什么方法进行补偿？
问题4：
小车获得的速度怎样计算？
问题5：
实验完毕后，用什么方法分析橡皮筋对小车做的功与小车速度的关系？
问题6：
如何在坐标纸上建立两轴物理量？如何确定适当的标度？
学习任务3：探究的过程
实验步骤：
1.
先将木板置于水平桌面，然后在钉有钢钉的长木板上，放好实验小车。
2.
把打点计时器固定在木板的一端，将纸带穿过打点计时器的限位孔，纸带一端夹紧在小车的后端，打点计时器接电源。
3.
过两钉中垂线上的适当位置作两钉的平行线，交中垂线于O点，作为小车每次运动的起始点。
4.
使用一根橡皮筋时，将小车的前端拉到O点，接通电源，打点计时器打点，释放小车，小车离开木板前适时使小车制动，断开电源，取下纸带。重复本项前面的过程，选出点迹清晰的纸带。求出小车获得的速度。
5.
换用同样材料、粗细、长度的两根、三根、…六根橡皮筋，依照4项的方法，分别进行实验。得出各次实验中小车分别获得的速度。
6.
以功为纵轴（第一次橡皮筋做的功为纵轴的单位长度），以速度为横轴，建立坐标系，用描点法作出图像，看看是否是正比例图像，若不是，功与速度的哪种相关量（的变化量）是正比的，功就与速度的这种相关量（的变化量）具有确定的函数关系。
学习任务4：数据处理
例：在“探究功与速度变化的关系”的实验中：
(1)如果实验中得到一条如图所示的纸带，应用________段计算
小车获得的速度。
(2)某同学在探究功与物体速度变化的关系时得到了W与v的一组数据，请你对这些数据进行处理，并确定W与v之间的关系为
W
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
v(m/s)
0.00
0.80
1.10
1.28
1.53
1.76
1.89
v2
0.00
0.64
1.21
1.64
2.34
3.10
3.57
(3)如果根据实验数据绘出的W－v2图象如图所示，出现这种情况的原因是：
____________________________________。
【课堂探究】
例1．关于“探究功与速度变化的关系”的实验中，下列叙述正确的是
（
）
A．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值
B．每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致
C．放小车的长木板应该尽量使其保持水平
D．先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出
例2．在做“探究功与物体速度变化关系”的实验时，下列说法正确的是
（
）
A．通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值
B．通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值
C．通过打点计时器打下的纸带来不能测定小车加速过程中获得的最大速度
D．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度
例3．在《探究功与物体速度变化的关系》实验中，下列说法正确的是（
）
A．小车在橡皮筋的作用下弹出，橡皮筋所做的功可根据公式：W=FL算出．
B．进行试验时，必须先平衡摩擦力．
C．分析实验所打出来的纸带可判断出：小车先做匀加速直线运动，再做匀速直线运动，最后做减速运动．
D．通过实验数据分析得出结论：w与v2成正比
例4．如图所示，在“探究功与速度变化的关系”的实验中，关于橡皮筋做的功，下列说法正确的是(
)．
A．橡皮筋做的功可以直接测量
B．通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加
C．橡皮筋在小车运动的全程中始终做功
D．把橡皮筋拉伸为原来的两倍，橡皮筋做功也增加为原来的两倍
【巩固提升】
1、通过前面的学习，我们知道，重力势能的变化与重力做功密切相关，弹性势能的变化与弹力做功密切相关。那么，请你猜测动能的变化与什么力做功密切相关呢？（
）
A．动力
B．阻力
C．合外力
D．不能确定
2、在探究功与物体速度变化的关系实验中作出W－v图象如图所示，哪一个是符合实际的（
）
A
B
C
D
3、如图所示的实验装置，可用于探究力对静止物体做功与物体获得速度的关系。
(1)选用同样的橡皮筋，每次在同一位置释放小车，如果用
1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W；用2条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为
________W。
(2)小车运动中会受到阻力，在实验中应如何操作以消除这种影响______________。
4、下面是本实验的步骤，其合理顺序是____________________。
①将小车拉至图中C处，使AB和BC间距离大致相等，接通打点计时器电源，放开小车，小车带动纸带运动，打下一系列的小点，由纸带分析求出小车通过B位置时的速度v，设第1次橡皮筋对小车做的功为W。
②作出W－v、W－v2的图象，分析图象的特点，得出结论。
③如图所示，先固定打点计时器，在长木板的两侧A处钉两个小钉，小车放在B处挂上一根橡皮筋(即图示情况)，使橡皮筋处于自由长度。
④用2条、3条…同样的橡皮筋进行第2次、第3次…
实验，每次实验保持橡皮筋拉伸的长度不变，用同样的方法测出v2、v3…记下2W、3W…记入表格。