高中物理 人教版必修二 7．6实验：探究功和速度变化的关系（共37张PPT）
文档属性
| 名称 | 高中物理 人教版必修二 7．6实验：探究功和速度变化的关系（共37张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-03-25 20:23:43 | ||
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文档简介
(共37张PPT)
第七章 机械能守恒定律
7.6 实验：探究功和速度变化的关系
弹性势能
重力势能
重力做功
弹力做功
WG＝EP1－EP2
WF＝EP1－EP2
初认识：动能与速度有关，速度越大，动能越大。
表达式：动能与速度定量关系需要探索。
知识回顾：
动能
做功意味着物体的速度发生变化
动能的变化与做功有关
实验:探究做功与速度变化的关系
一、实验目的
假设初速度为零，实验转化为探究合力做功与末速度的关系
3.怎样通过一个实验同时测出速度和计算出功?
二、要解决的问题
探究功与速度变化的关系
1.用什么实验器材测量速度？怎么测量？
2.测量功需要测什么物理量？用什么实验器材测量？怎么测量？
三、思路引导
（1）可以用打点计时器测量小车的速度。
（2）可以用与气垫导轨配套的光电门的方法来测量小车运动的速度。
1.速度的测量
三、思路引导
（1）用恒力做功。例如，用一砝码盘牵引着小车做实验，可以通过改变砝码盘的质量或增加小车距离，用W=FS表示功的大小。
（2）用变力做功。例如，用课本上采用的通过增加每次牵引小车的橡皮筋数目的办法增加功的倍数。
2.功的测量
钩码
小车
细绳
纸带
打点计时器
一端带定滑轮的光滑长木板
四、探究方案
（方案一）
1.实验器材：一端带定滑轮的光滑长木板、小车、打点计时器、钩码、纸带、细绳、毫米刻度尺等
2.实验原理：
小车放在光滑平板上，一端用细绳连接着质量为m的钩码，小车从静止开始做匀加速直线运动，用纸带记录小车移动的距离x1、x2┄┄与对应的速度v1、v2 ┄ ┄，测出对小车拉力大小F，计算出拉力做的功w1、w2 ┄┄，确定功和速度变化的关系。
保持小车质量不变，改变钩码的质量或者改变小车运动的距离，可以得到多组数据。
3.注意事项
①小车在木板上运动时会受到阻力，可以采用什么方法进行补偿？
使木板稍微倾斜，用重力的分力来平衡小车运动过程中受到的阻力
②绳子对小车的拉力等于钩码重力要满足什么条件？
钩码的质量要远远小于小车的质量
4.方案改进：
使用气垫导轨
5.数据处理：
（1）利用纸带测量小车运动的距离，求出对应的速度大小。
（2）根据钩码的质量，在满足钩码远小于小车质量的条件下，得到细绳对小车的拉力大小。
（3）算出对应距离内拉力对小车做的功。
（4）测出多组数据利用图像法确定功与速度变化的关系。
6.误差分析：
（1）打点计时器与纸带之间存在摩擦力，小车与空气存在阻力。
（2）测量长度时存在偶然误差。
（3）用钩码的重力代替细绳对小车的拉力存在系统误差。
橡皮筋
小车
打点计时器
纸带
光滑木板
铁钉
1.实验器材：光滑木板、打点计时器、纸带、小车、橡皮筋（多根）、铁钉、砝码等
（方案二）
四、探究方案
（1）关于功的测量
不需要
①橡皮筋对小车做的功能否直接测量？
橡皮筋的弹力是变力，且弹力与伸长量的关系也不严格遵守胡克定律，不容易计算，很难直接测量。
②是否需要测出橡皮筋做功的具体数值？
2.问题解决：
第一次用一条橡皮筋拉小车
第二次用两条完全相同的橡皮筋并联起来栓到小车上拉小车，且使每条橡皮筋的伸长都和第一次的伸长量一样
做功W
做功2W
依次类推，并联三条、四条……橡皮筋，且拉伸的长度都一样，做的功为3W、4W……
采取的措施：
③要保证橡皮筋做功为整数倍需要选择什么样的橡皮筋？才能减少误差？
橡皮筋的长度、粗细应相同
④小车在木板上运动的过程中，哪一阶段橡皮筋对小车做功？
橡皮筋被拉伸直到恢复原长的过程中
⑤每次实验中橡皮筋拉伸的长度有什么要求？
在改变橡皮筋的条数后为什么要把小车拉到相同的位置释放？
不这样会出现什么结果？
要相同
每条橡皮筋每次做功相等
⑦如何使拉力做的功等于合力做的功？即如何抵消摩擦力。
⑥橡皮筋对小车做的功是合力做的功吗？
F阻
F
G
F阻
FN
F
F2
F1
mgsinθ＝μmgcosθ.
tanθ＝μ
还有摩擦力、阻力做功
把木板的一端垫高，使重力沿斜面向下的力与摩擦力平衡
①如何测量小车的速度？
（2）关于速度的测量
②纸带上打出的点并不都是均匀的，应该采用那些点来计算小车的速度？
取点迹清晰且间距均匀的部分
利用打点计时器打出的纸带
③平衡摩擦力与未平衡摩擦力的纸带，有什么不同？
平衡摩擦后，小车开始做加速度越来越小的加速运动，橡皮筋恢复原长后做匀速直线运动。故点迹是开始密，越来越疏，之后间距相等。
③平衡摩擦力与未平衡摩擦力的纸带，有什么不同？
A
B
C
D
E
F
G
若不平衡摩擦，小车在开始时受橡皮筋的弹力和摩擦力。拉力逐渐变小，摩擦力不变。在两个力相等前做加速度越来越小的加速运动，两力相等时速度达到最大，之后两力的合力方向与速度方向相反，做加速度越来越大的减速运动，当橡皮筋恢复原长后仅受摩擦力，做匀减速直线运动。故纸带上的点是两头密、中间疏，几乎找不到间距相等的点。
在光滑的木板上用几根相同的橡皮筋拉动小车运动，一根橡皮筋做功为W，两根橡皮筋做功为2W，三根橡皮筋做功为3W……，速度通过打点计时器打出的纸带计算得出，探究功和速度变化的关系。
3.实验原理：
（4）在上述实验中打出的5 条纸带中，分别找出小车开始近似做匀速运动的点，并分别测出匀速运动时的速度v1 、v2 、v3 、v4 、v5 。
（3）用2 条、3 条、4 条、5 条橡皮筋分别代替1 条橡皮筋重做实验，保证每次释放小车的位置相同，即橡皮筋被拉长的长度相同。
（1）将打点计时器固定在一块平板上，让纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。将平板安装有打点计时器的一端适当垫高，调整高度，直至轻推小车后使小车恰能在板上做匀速直线运动为止。
（2）将橡皮筋固定在小车前端。拉长橡皮筋使小车位于靠近打点计时器处，记下小车位置。接通打点计时器电源，释放小车。
?
?
C B A
4.实验过程：
方法一：计算法寻找W与v的关系
比较麻烦、不直观
5.数据处理方法
画W－v图像
画W－v2图像
画W－
画W－
简便直观，可以减少偶然误差
方法二：图像法找W与v的关系
6.采集数据 生成结论
表明W与 v2 成正比
7.实验结论：
橡皮筋弹力对原来静止的小车做的功与物体获得的速度的平方成正比。
拓展：如果小车的初速度不为零，功与速度的变化有怎样的关系呢？
注意：
（2）小车从静止开始运动，初速度为零，末速度就是小车速度的变化。
（1）平衡摩擦力后，橡皮筋做功就是合外力 做的功 。
. . . . . . . .
A B C D E F G
（1）选用DE段
例1.为研究功与物体速度变化的关系，在某次实验中某同学得到了如图所示的一条纸带,
（1）应选哪些点间距进行测量？
（2）怎样根据测得的数据进行确定小车的速度？
（2）
例2.在本实验中，小车在运动中会受到阻力作用，这样，在小车沿木板滑行的过程中，除橡皮筋对其做功以外，还有阻力做功，这样便会给实验带来误差，我们在实验中想到的办法是，使木板略微倾斜，对于木板的倾斜程度，下面说法正确的是（ ）
A.木板只要稍微倾斜一些即可，没有什么严格的要求
B.木板的倾斜程度在理论上应满足下列条件：即重力使物体沿斜面下滑的分力应等于小车受到的阻力
C.如果小车不受拉力时在木板上滑行能做匀速运动，这木板的倾斜程度是符合要求的
D.其实木板不倾斜，问题也不大，因为实验总是存在误差的
BC
例3.某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器的工作频率为50 Hz。
(1)实验的部分步骤如下：
①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；
②将小车停在打点计时器附近，________，________，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一系列点， ；
③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作。
再释放小车
先接通电源
关闭打点计时器电源
(2)如图钩码质量为0.03 kg、砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D、E计数点，可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v ，请将C点的测量结果填在表中的相应位置。
纸带的测量结果
测量点 x/cm v/(m·s－1)
O 0.00 0.35
A 1.51 0.40
B 3.20 0.45
C
D 7.15 0.53
E 9.41 0.60
5.18
0.49
(3)本实验，若用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，应采取的两项措施是：
①_________________________________________________；
②_________________________________________________。
平衡摩擦力
钩码的重力远小于小车及砝码的重力之和
例4.某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行．打点计时器的工作频率为50 Hz。
(1)实验中木板略微倾斜，这样做（ ）
A．是为了使释放小车后，小车能匀加速下滑
B．是为了增大小车下滑的加速度
C．可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功
D．可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动
C、D
(2)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条…合并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放。把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1，第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W1…橡皮筋对小车做功后而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出。根据第四次的纸带(如图所示)求得小车获得的速度为________m/s。
2.0
(3)若根据多次测量数据画出的W－ v图象如图所示，根据图线形状，可知对W与v的关系符合实际的是图（ )
C
课堂小结
科学方法
利用倍分法测量变力做功
利用图像法分析处理数据寻找规律
利用补偿法平衡摩擦力
探究结论：在初速为零时，功与速度的平方成正比
第七章 机械能守恒定律
7.6 实验：探究功和速度变化的关系
弹性势能
重力势能
重力做功
弹力做功
WG＝EP1－EP2
WF＝EP1－EP2
初认识：动能与速度有关，速度越大，动能越大。
表达式：动能与速度定量关系需要探索。
知识回顾：
动能
做功意味着物体的速度发生变化
动能的变化与做功有关
实验:探究做功与速度变化的关系
一、实验目的
假设初速度为零，实验转化为探究合力做功与末速度的关系
3.怎样通过一个实验同时测出速度和计算出功?
二、要解决的问题
探究功与速度变化的关系
1.用什么实验器材测量速度？怎么测量？
2.测量功需要测什么物理量？用什么实验器材测量？怎么测量？
三、思路引导
（1）可以用打点计时器测量小车的速度。
（2）可以用与气垫导轨配套的光电门的方法来测量小车运动的速度。
1.速度的测量
三、思路引导
（1）用恒力做功。例如，用一砝码盘牵引着小车做实验，可以通过改变砝码盘的质量或增加小车距离，用W=FS表示功的大小。
（2）用变力做功。例如，用课本上采用的通过增加每次牵引小车的橡皮筋数目的办法增加功的倍数。
2.功的测量
钩码
小车
细绳
纸带
打点计时器
一端带定滑轮的光滑长木板
四、探究方案
（方案一）
1.实验器材：一端带定滑轮的光滑长木板、小车、打点计时器、钩码、纸带、细绳、毫米刻度尺等
2.实验原理：
小车放在光滑平板上，一端用细绳连接着质量为m的钩码，小车从静止开始做匀加速直线运动，用纸带记录小车移动的距离x1、x2┄┄与对应的速度v1、v2 ┄ ┄，测出对小车拉力大小F，计算出拉力做的功w1、w2 ┄┄，确定功和速度变化的关系。
保持小车质量不变，改变钩码的质量或者改变小车运动的距离，可以得到多组数据。
3.注意事项
①小车在木板上运动时会受到阻力，可以采用什么方法进行补偿？
使木板稍微倾斜，用重力的分力来平衡小车运动过程中受到的阻力
②绳子对小车的拉力等于钩码重力要满足什么条件？
钩码的质量要远远小于小车的质量
4.方案改进：
使用气垫导轨
5.数据处理：
（1）利用纸带测量小车运动的距离，求出对应的速度大小。
（2）根据钩码的质量，在满足钩码远小于小车质量的条件下，得到细绳对小车的拉力大小。
（3）算出对应距离内拉力对小车做的功。
（4）测出多组数据利用图像法确定功与速度变化的关系。
6.误差分析：
（1）打点计时器与纸带之间存在摩擦力，小车与空气存在阻力。
（2）测量长度时存在偶然误差。
（3）用钩码的重力代替细绳对小车的拉力存在系统误差。
橡皮筋
小车
打点计时器
纸带
光滑木板
铁钉
1.实验器材：光滑木板、打点计时器、纸带、小车、橡皮筋（多根）、铁钉、砝码等
（方案二）
四、探究方案
（1）关于功的测量
不需要
①橡皮筋对小车做的功能否直接测量？
橡皮筋的弹力是变力，且弹力与伸长量的关系也不严格遵守胡克定律，不容易计算，很难直接测量。
②是否需要测出橡皮筋做功的具体数值？
2.问题解决：
第一次用一条橡皮筋拉小车
第二次用两条完全相同的橡皮筋并联起来栓到小车上拉小车，且使每条橡皮筋的伸长都和第一次的伸长量一样
做功W
做功2W
依次类推，并联三条、四条……橡皮筋，且拉伸的长度都一样，做的功为3W、4W……
采取的措施：
③要保证橡皮筋做功为整数倍需要选择什么样的橡皮筋？才能减少误差？
橡皮筋的长度、粗细应相同
④小车在木板上运动的过程中，哪一阶段橡皮筋对小车做功？
橡皮筋被拉伸直到恢复原长的过程中
⑤每次实验中橡皮筋拉伸的长度有什么要求？
在改变橡皮筋的条数后为什么要把小车拉到相同的位置释放？
不这样会出现什么结果？
要相同
每条橡皮筋每次做功相等
⑦如何使拉力做的功等于合力做的功？即如何抵消摩擦力。
⑥橡皮筋对小车做的功是合力做的功吗？
F阻
F
G
F阻
FN
F
F2
F1
mgsinθ＝μmgcosθ.
tanθ＝μ
还有摩擦力、阻力做功
把木板的一端垫高，使重力沿斜面向下的力与摩擦力平衡
①如何测量小车的速度？
（2）关于速度的测量
②纸带上打出的点并不都是均匀的，应该采用那些点来计算小车的速度？
取点迹清晰且间距均匀的部分
利用打点计时器打出的纸带
③平衡摩擦力与未平衡摩擦力的纸带，有什么不同？
平衡摩擦后，小车开始做加速度越来越小的加速运动，橡皮筋恢复原长后做匀速直线运动。故点迹是开始密，越来越疏，之后间距相等。
③平衡摩擦力与未平衡摩擦力的纸带，有什么不同？
A
B
C
D
E
F
G
若不平衡摩擦，小车在开始时受橡皮筋的弹力和摩擦力。拉力逐渐变小，摩擦力不变。在两个力相等前做加速度越来越小的加速运动，两力相等时速度达到最大，之后两力的合力方向与速度方向相反，做加速度越来越大的减速运动，当橡皮筋恢复原长后仅受摩擦力，做匀减速直线运动。故纸带上的点是两头密、中间疏，几乎找不到间距相等的点。
在光滑的木板上用几根相同的橡皮筋拉动小车运动，一根橡皮筋做功为W，两根橡皮筋做功为2W，三根橡皮筋做功为3W……，速度通过打点计时器打出的纸带计算得出，探究功和速度变化的关系。
3.实验原理：
（4）在上述实验中打出的5 条纸带中，分别找出小车开始近似做匀速运动的点，并分别测出匀速运动时的速度v1 、v2 、v3 、v4 、v5 。
（3）用2 条、3 条、4 条、5 条橡皮筋分别代替1 条橡皮筋重做实验，保证每次释放小车的位置相同，即橡皮筋被拉长的长度相同。
（1）将打点计时器固定在一块平板上，让纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。将平板安装有打点计时器的一端适当垫高，调整高度，直至轻推小车后使小车恰能在板上做匀速直线运动为止。
（2）将橡皮筋固定在小车前端。拉长橡皮筋使小车位于靠近打点计时器处，记下小车位置。接通打点计时器电源，释放小车。
?
?
C B A
4.实验过程：
方法一：计算法寻找W与v的关系
比较麻烦、不直观
5.数据处理方法
画W－v图像
画W－v2图像
画W－
画W－
简便直观，可以减少偶然误差
方法二：图像法找W与v的关系
6.采集数据 生成结论
表明W与 v2 成正比
7.实验结论：
橡皮筋弹力对原来静止的小车做的功与物体获得的速度的平方成正比。
拓展：如果小车的初速度不为零，功与速度的变化有怎样的关系呢？
注意：
（2）小车从静止开始运动，初速度为零，末速度就是小车速度的变化。
（1）平衡摩擦力后，橡皮筋做功就是合外力 做的功 。
. . . . . . . .
A B C D E F G
（1）选用DE段
例1.为研究功与物体速度变化的关系，在某次实验中某同学得到了如图所示的一条纸带,
（1）应选哪些点间距进行测量？
（2）怎样根据测得的数据进行确定小车的速度？
（2）
例2.在本实验中，小车在运动中会受到阻力作用，这样，在小车沿木板滑行的过程中，除橡皮筋对其做功以外，还有阻力做功，这样便会给实验带来误差，我们在实验中想到的办法是，使木板略微倾斜，对于木板的倾斜程度，下面说法正确的是（ ）
A.木板只要稍微倾斜一些即可，没有什么严格的要求
B.木板的倾斜程度在理论上应满足下列条件：即重力使物体沿斜面下滑的分力应等于小车受到的阻力
C.如果小车不受拉力时在木板上滑行能做匀速运动，这木板的倾斜程度是符合要求的
D.其实木板不倾斜，问题也不大，因为实验总是存在误差的
BC
例3.某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器的工作频率为50 Hz。
(1)实验的部分步骤如下：
①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；
②将小车停在打点计时器附近，________，________，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一系列点， ；
③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作。
再释放小车
先接通电源
关闭打点计时器电源
(2)如图钩码质量为0.03 kg、砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D、E计数点，可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v ，请将C点的测量结果填在表中的相应位置。
纸带的测量结果
测量点 x/cm v/(m·s－1)
O 0.00 0.35
A 1.51 0.40
B 3.20 0.45
C
D 7.15 0.53
E 9.41 0.60
5.18
0.49
(3)本实验，若用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，应采取的两项措施是：
①_________________________________________________；
②_________________________________________________。
平衡摩擦力
钩码的重力远小于小车及砝码的重力之和
例4.某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行．打点计时器的工作频率为50 Hz。
(1)实验中木板略微倾斜，这样做（ ）
A．是为了使释放小车后，小车能匀加速下滑
B．是为了增大小车下滑的加速度
C．可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功
D．可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动
C、D
(2)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条…合并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放。把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1，第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W1…橡皮筋对小车做功后而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出。根据第四次的纸带(如图所示)求得小车获得的速度为________m/s。
2.0
(3)若根据多次测量数据画出的W－ v图象如图所示，根据图线形状，可知对W与v的关系符合实际的是图（ )
C
课堂小结
科学方法
利用倍分法测量变力做功
利用图像法分析处理数据寻找规律
利用补偿法平衡摩擦力
探究结论：在初速为零时，功与速度的平方成正比