高中物理人教版必修2 7.6实验：探究功与速度变化的关系课件(共41张PPT)
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版必修2 7.6实验：探究功与速度变化的关系课件(共41张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 919.1KB | ||
| 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 | 2020-05-17 11:07:35 | ||
图片预览
文档简介
(共41张PPT)
7.6 实验：
探究功与速度变化的关系
第七章 机械能守恒定律
知识回顾
二、重力做功与重力势能的关系
三、弹力做功与弹性势能的关系
一、力做功的情况
(其中θ是F与l的夹角)
F的方向跟位移的方向垂直，力F不做功.
2.当θ＜π/2时cosθ＞0，W＞0;
3.当π/2＜θ≤π时cosθ＜0，W＜0;
1.当θ＝π/2时 cosθ=0，W＝0;
力F对物体做正功。
力F对物体做负功。
一、力做功的情况
二、重力做功与重力势能的关系
重力做功等于重力势能的变化量
重力做正功，重力势能减少；
重力做负功，重力势能增大。
二、重力做功与重力势能的关系
重力做功等于重力势能的变化量
重力做正功，重力势能减少；
重力做负功，重力势能增大。
注意：重力做功与路径无关，
只与初末位置有关
三、弹力做功与弹性势能的关系
弹力做的功等于弹性势能的变化量
弹力做正功，弹性势能增大；
弹力做负功，弹性势能减小。
为了定量讨论与动能相关的问题，必须找出动能的表达式。
出于对动能的粗浅认识，我们知道它的表达式中应该包含速度，而且两者的关系是“速度v越大，动能Ek也越大”。
导入新课
物体的动能与它的速度有关……
但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？这是需要探索的。
但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？这是需要探索的。
物体能量的变化往往跟力做的功相关联。因此如果在某个过程中物体的能量改变了，研究这个过程中的功往往是解决问题的正确途径。在研究重力势能和弹性势能时我们就是这样做的。
但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？这是需要探索的。
物体能量的变化往往跟力做的功相关联。因此如果在某个过程中物体的能量改变了，研究这个过程中的功往往是解决问题的正确途径。在研究重力势能和弹性势能时我们就是这样做的。
对于与动能相关的问题来说，对物体做功意味着物体的速度发生变化，因此本节我们通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系，希望由此找到动能表达式的线索。
物体速度的变化与力对它做功有关
我们以平板上的小车为研究对象，使它在力的作用下从静止开始运动；测量力的大小及小车在力的作用下运动的距离，可以计算力做的功。
1. 探究思路
我们以平板上的小车为研究对象，使它在力的作用下从静止开始运动；测量力的大小及小车在力的作用下运动的距离，可以计算力做的功。
如果力的大小改变了，或者小车在力的作用下运动的距离改变了，力对小车做的功也会改变，小车获得的速度就会不同，由此能够得到功与速度的几组数据。
1. 探究思路
以牵引力对小车做的功W为纵坐标，小车获得的速度v为横坐标，作出W-v图象，即功-速度图象，可以了解两者的定量关系。
用打点计时器能够很容易地测量小车的速度。这个实验的关键是为小车提供可测量的（或者虽不能测量但可以定量地比较大小的）作用力。以下两个案例可供参考。
参考案例一
由重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物大很多时，可以把重物所受的重力当做小车受到的牵引力。小车运动的距离可以由纸带测出。改变重物的质量或者改变小车运动的距离，也就改变了牵引力做的功。
实验装置
参考案例一
由重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物大很多时，可以把重物所受的重力当做小车受到的牵引力。小车运动的距离可以由纸带测出。改变重物的质量或者改变小车运动的距离，也就改变了牵引力做的功。
实验装置
注意：平衡摩擦力
实验装置
参考案例二
使小车在橡皮筋的作用下弹出
当我们把2条、3条……同样的橡皮筋并在一起，第2次、第3次进行实验时，使每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致，那么，第2次、第3次…….实验中橡皮筋对小车做的功就是第一次的2倍，3倍…….
（1）改变功的设计思路
【说明】
根据弹力公式： ，橡皮筋的弹力与橡皮筋的伸长量有关，试验中明确要求橡皮筋拉伸长度一致，即说明弹力相等，每条橡皮筋的力都是F,但通过改变橡皮筋的条数即可使力成倍增加，一条时小车受到一条橡皮筋的力F,两条时小车受到两条橡皮筋的力为2F，三条时小车受到三条橡皮筋的力为3F……弹力做功的位移是相同的，即可认定W∝F,因此通过改变橡皮筋的条数可以改变功的大小。
注意：在参考案例二中，橡皮筋对小车的力是变化的，难以测量它做的功。其实，绘制W-v图像时，不一定需要功的具体数值，纵坐标也不必以“焦耳”为单位。在图中选取合适的长度，以它为单位，代表一条橡皮筋对它做的功；当用两条橡皮筋时，所做的功就用两个单位表示… … 作图时适当选取单位可以使图形简洁，也便于分析。
实验中，橡皮筋是影响实验的关键因素，要保证每条橡皮筋的伸长量相等的情况下，做功必须相等。因此实验中使用的橡皮筋要求规格相同。
实验中，当橡皮筋条数增加至四条时，由于弹力过大，小车的速度过大，纸带上打出的点数较少，以致找不出小车做匀速运动时所打出的点以及出现小车损坏等情况。因此，实验中对橡皮筋的选用要求很严格。
适合本实验的橡皮筋如图，它是横截面积为圆形，半径约为0.7mm的细橡皮筋。
计算得到。因为打点计
时器相邻两点间时间间隔相同，都为 0.02秒，
只需跟据纸带相邻两点间距离来推测速度的变
化。实验中所要求的是匀速运动阶段的速度，
即纸带上相邻两点间间距相同时的速度。
（2）速度测量的设计思路
速度的测量是通过纸带和打点计时器测出
的，通过公式
为什么要测匀速时的速度呢？
开始阶段，两点间距不断增大，此时，小车与橡皮筋尚未分离，在弹力作用下，小车的速度增大。
开始阶段，两点间距不断增大，此时，小车与橡皮筋尚未分离，在弹力作用下，小车的速度增大。
中间阶段，相邻两点间距基本相同，此时，小车与橡皮筋脱离，小车在斜面上运动，合力为零，保持匀速直线运动。
开始阶段，两点间距不断增大，此时，小车与橡皮筋尚未分离，在弹力作用下，小车的速度增大。
中间阶段，相邻两点间距基本相同，此时，小车与橡皮筋脱离，小车在斜面上运动，合力为零，保持匀速直线运动。
末尾阶段，相邻两点间距不断减小，此时，小车滑出斜面，受摩擦阻力作用，速度减小。
2. 操作技巧
小车在运动过程中会
受到阻力，怎样使阻力
减小呢？
阻力来源: 木板摩擦、打点计时器的摩擦
操作方法: 使木板略微倾斜
θ为斜面与水平面的夹角， 为打点计时器的阻力。
操作原理：
检测方法：
利用打点计时器，使打出的纸带任意两点间隔相同。
说明：
有人将实验装置进行了修改：
（1）在木板上加了两条光滑的合金导轨
（2）将砝码换成了橡皮泥
有人将实验装置进行了修改：
（1）在木板上加了两条光滑的合金导轨
（2）将砝码换成了橡皮泥
减小摩擦
更加稳固
3. 数据的处理
将测得的速度记录到下表中：
一根
橡皮筋 两根
橡皮筋 三根
橡皮筋 四根
橡皮筋
第一次
第二次
第三次
平均值
根据测量数据可大致画出W-v图像，如图像不是直线，可以通过一系列的计算，如将v乘方、开方……通过图像推测W与v的关系。
相关链接
借助于常用软件，可以准确迅速地跟据表中数据作出W-v图像，甚至能写
出图像所代表的公式，如 ExceL
不过，这样做有麻烦又不直观，最好按下面的方法处理。
先对测量数据进行估计，或者做个 W-v 草图,大致判断两个量可能是什么关系。如果认为可能是 ，就对每个速度值算出它的二次方，然后以W为纵坐标， 为横坐标作图（不是以v为横坐标）。如果这样做出的图像是一条直线，说明两者关系真的是 …
W-v图象
实验结果
W-v2图象
利用打点计时器使任意两点间时间间隔相同，根据公式 ，仅通过测量纸带上间隔距离相等的部分可求出速度。
课堂小结
1. 探究思路
（1）改变功的设计思路
通过改变橡皮筋的条数来改变功。
（2）速度测量的设计思路
2. 操作技巧
可根据上面公式，适当抬高木板，使小车脱离橡皮筋在模板上运动时合外力为零，能在一段时间内保持匀速直线运动。
采用对纸带摩擦较小的电火花计时器，释放小车时，尽量使小车沿直线运动。通过加重小车质量的方法减慢小车速度，使打点计时器在纸带上打的点较多。
3. 数据的处理
通过多次测量求平均值的做法，重复实验，并求出在不同功的作用下速度的平均值。利用常用的绘图软件进行绘图，探究W与v的关系。
7.6 实验：
探究功与速度变化的关系
第七章 机械能守恒定律
知识回顾
二、重力做功与重力势能的关系
三、弹力做功与弹性势能的关系
一、力做功的情况
(其中θ是F与l的夹角)
F的方向跟位移的方向垂直，力F不做功.
2.当θ＜π/2时cosθ＞0，W＞0;
3.当π/2＜θ≤π时cosθ＜0，W＜0;
1.当θ＝π/2时 cosθ=0，W＝0;
力F对物体做正功。
力F对物体做负功。
一、力做功的情况
二、重力做功与重力势能的关系
重力做功等于重力势能的变化量
重力做正功，重力势能减少；
重力做负功，重力势能增大。
二、重力做功与重力势能的关系
重力做功等于重力势能的变化量
重力做正功，重力势能减少；
重力做负功，重力势能增大。
注意：重力做功与路径无关，
只与初末位置有关
三、弹力做功与弹性势能的关系
弹力做的功等于弹性势能的变化量
弹力做正功，弹性势能增大；
弹力做负功，弹性势能减小。
为了定量讨论与动能相关的问题，必须找出动能的表达式。
出于对动能的粗浅认识，我们知道它的表达式中应该包含速度，而且两者的关系是“速度v越大，动能Ek也越大”。
导入新课
物体的动能与它的速度有关……
但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？这是需要探索的。
但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？这是需要探索的。
物体能量的变化往往跟力做的功相关联。因此如果在某个过程中物体的能量改变了，研究这个过程中的功往往是解决问题的正确途径。在研究重力势能和弹性势能时我们就是这样做的。
但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？这是需要探索的。
物体能量的变化往往跟力做的功相关联。因此如果在某个过程中物体的能量改变了，研究这个过程中的功往往是解决问题的正确途径。在研究重力势能和弹性势能时我们就是这样做的。
对于与动能相关的问题来说，对物体做功意味着物体的速度发生变化，因此本节我们通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系，希望由此找到动能表达式的线索。
物体速度的变化与力对它做功有关
我们以平板上的小车为研究对象，使它在力的作用下从静止开始运动；测量力的大小及小车在力的作用下运动的距离，可以计算力做的功。
1. 探究思路
我们以平板上的小车为研究对象，使它在力的作用下从静止开始运动；测量力的大小及小车在力的作用下运动的距离，可以计算力做的功。
如果力的大小改变了，或者小车在力的作用下运动的距离改变了，力对小车做的功也会改变，小车获得的速度就会不同，由此能够得到功与速度的几组数据。
1. 探究思路
以牵引力对小车做的功W为纵坐标，小车获得的速度v为横坐标，作出W-v图象，即功-速度图象，可以了解两者的定量关系。
用打点计时器能够很容易地测量小车的速度。这个实验的关键是为小车提供可测量的（或者虽不能测量但可以定量地比较大小的）作用力。以下两个案例可供参考。
参考案例一
由重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物大很多时，可以把重物所受的重力当做小车受到的牵引力。小车运动的距离可以由纸带测出。改变重物的质量或者改变小车运动的距离，也就改变了牵引力做的功。
实验装置
参考案例一
由重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物大很多时，可以把重物所受的重力当做小车受到的牵引力。小车运动的距离可以由纸带测出。改变重物的质量或者改变小车运动的距离，也就改变了牵引力做的功。
实验装置
注意：平衡摩擦力
实验装置
参考案例二
使小车在橡皮筋的作用下弹出
当我们把2条、3条……同样的橡皮筋并在一起，第2次、第3次进行实验时，使每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致，那么，第2次、第3次…….实验中橡皮筋对小车做的功就是第一次的2倍，3倍…….
（1）改变功的设计思路
【说明】
根据弹力公式： ，橡皮筋的弹力与橡皮筋的伸长量有关，试验中明确要求橡皮筋拉伸长度一致，即说明弹力相等，每条橡皮筋的力都是F,但通过改变橡皮筋的条数即可使力成倍增加，一条时小车受到一条橡皮筋的力F,两条时小车受到两条橡皮筋的力为2F，三条时小车受到三条橡皮筋的力为3F……弹力做功的位移是相同的，即可认定W∝F,因此通过改变橡皮筋的条数可以改变功的大小。
注意：在参考案例二中，橡皮筋对小车的力是变化的，难以测量它做的功。其实，绘制W-v图像时，不一定需要功的具体数值，纵坐标也不必以“焦耳”为单位。在图中选取合适的长度，以它为单位，代表一条橡皮筋对它做的功；当用两条橡皮筋时，所做的功就用两个单位表示… … 作图时适当选取单位可以使图形简洁，也便于分析。
实验中，橡皮筋是影响实验的关键因素，要保证每条橡皮筋的伸长量相等的情况下，做功必须相等。因此实验中使用的橡皮筋要求规格相同。
实验中，当橡皮筋条数增加至四条时，由于弹力过大，小车的速度过大，纸带上打出的点数较少，以致找不出小车做匀速运动时所打出的点以及出现小车损坏等情况。因此，实验中对橡皮筋的选用要求很严格。
适合本实验的橡皮筋如图，它是横截面积为圆形，半径约为0.7mm的细橡皮筋。
计算得到。因为打点计
时器相邻两点间时间间隔相同，都为 0.02秒，
只需跟据纸带相邻两点间距离来推测速度的变
化。实验中所要求的是匀速运动阶段的速度，
即纸带上相邻两点间间距相同时的速度。
（2）速度测量的设计思路
速度的测量是通过纸带和打点计时器测出
的，通过公式
为什么要测匀速时的速度呢？
开始阶段，两点间距不断增大，此时，小车与橡皮筋尚未分离，在弹力作用下，小车的速度增大。
开始阶段，两点间距不断增大，此时，小车与橡皮筋尚未分离，在弹力作用下，小车的速度增大。
中间阶段，相邻两点间距基本相同，此时，小车与橡皮筋脱离，小车在斜面上运动，合力为零，保持匀速直线运动。
开始阶段，两点间距不断增大，此时，小车与橡皮筋尚未分离，在弹力作用下，小车的速度增大。
中间阶段，相邻两点间距基本相同，此时，小车与橡皮筋脱离，小车在斜面上运动，合力为零，保持匀速直线运动。
末尾阶段，相邻两点间距不断减小，此时，小车滑出斜面，受摩擦阻力作用，速度减小。
2. 操作技巧
小车在运动过程中会
受到阻力，怎样使阻力
减小呢？
阻力来源: 木板摩擦、打点计时器的摩擦
操作方法: 使木板略微倾斜
θ为斜面与水平面的夹角， 为打点计时器的阻力。
操作原理：
检测方法：
利用打点计时器，使打出的纸带任意两点间隔相同。
说明：
有人将实验装置进行了修改：
（1）在木板上加了两条光滑的合金导轨
（2）将砝码换成了橡皮泥
有人将实验装置进行了修改：
（1）在木板上加了两条光滑的合金导轨
（2）将砝码换成了橡皮泥
减小摩擦
更加稳固
3. 数据的处理
将测得的速度记录到下表中：
一根
橡皮筋 两根
橡皮筋 三根
橡皮筋 四根
橡皮筋
第一次
第二次
第三次
平均值
根据测量数据可大致画出W-v图像，如图像不是直线，可以通过一系列的计算，如将v乘方、开方……通过图像推测W与v的关系。
相关链接
借助于常用软件，可以准确迅速地跟据表中数据作出W-v图像，甚至能写
出图像所代表的公式，如 ExceL
不过，这样做有麻烦又不直观，最好按下面的方法处理。
先对测量数据进行估计，或者做个 W-v 草图,大致判断两个量可能是什么关系。如果认为可能是 ，就对每个速度值算出它的二次方，然后以W为纵坐标， 为横坐标作图（不是以v为横坐标）。如果这样做出的图像是一条直线，说明两者关系真的是 …
W-v图象
实验结果
W-v2图象
利用打点计时器使任意两点间时间间隔相同，根据公式 ，仅通过测量纸带上间隔距离相等的部分可求出速度。
课堂小结
1. 探究思路
（1）改变功的设计思路
通过改变橡皮筋的条数来改变功。
（2）速度测量的设计思路
2. 操作技巧
可根据上面公式，适当抬高木板，使小车脱离橡皮筋在模板上运动时合外力为零，能在一段时间内保持匀速直线运动。
采用对纸带摩擦较小的电火花计时器，释放小车时，尽量使小车沿直线运动。通过加重小车质量的方法减慢小车速度，使打点计时器在纸带上打的点较多。
3. 数据的处理
通过多次测量求平均值的做法，重复实验，并求出在不同功的作用下速度的平均值。利用常用的绘图软件进行绘图，探究W与v的关系。