7.6 实验：探究功与速度变化的关系—人教版高中物理必修二课件(共23张PPT)

(共23张PPT)
探究功与速度变化的关系
【高中物理】【人教版必修2】【第七章
机械能守恒定律】
CONTENTS
精细梳理
01
深入探究
02
典型例题
03
如图所示，滚动的保龄球具有动能，碰到球瓶后，速度变小；汽车在牵引力的作用下，速度增加，动能增加。那么，当外力对物体做功或者物体对外做功时，物体的动能如何变化？做功与物体动能的改变究竟有什么关系呢？
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精细梳理
01
课程目标
一、实验目的
探究恒力对物体做功与物体速度变化的关系。
1、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。
2、能够利用物理图象探究功与物体速度变化的关系。
二、实验器材
小车(前面带小钩)、100~200g砝码、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线(使用电花计时器不用学生电源）5~6条等长的橡皮筋、刻度尺。
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01
三、实验原理：倍增法
探究恒力做功与速度变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同的功时物体的速度。为了简化实验，可将物体初速度设置为0，可用如图所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加，再通过打点计时器和纸带测量每次实验小车后的速度。最后探究力做的功与速度变化之间的关系
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01
四、实验步骤
1.先将木板置于水平桌面上,然后在钉有钢钉的长木板上放好验小车。
2.先用一条橡皮筋做实验,用打点计时器和纸带测出小车的速v1,设此时橡皮筋对小车做的功为W1,记入表格。
3.用两条橡皮筋做实验,实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这样橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车的速度v2，记入表格。
4.用三条、四条、......橡皮筋做实验,用同样的方法测出功和速度，记入表格。
5.建立直角坐标系,用纵坐标表示力对物体做的W,用横坐表示物体的速度v或速度的二次方v?,描点、连线，得出结论。
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01
探究的思路
1、测量橡皮筋对小车做的功W
2、测量由于橡皮筋做功得到的小车速度v
3、数据处理，寻找W与v的关系
深入探究
02
一、注意事项
1.平衡摩擦力：实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功,我们研究的是橡皮筋做的功与物体速度的关系，应设法排除摩擦力的影响,可采用将木板一端垫高的方法来实现。将木板一端垫高,使重力沿斜面方向的分力与摩擦力平衡,就能消除摩擦力的影响。判断已平衡掉摩擦力的方法是轻推一下小车,观察到车不受其他カ时能在木板上做匀速运动。
2.我们用2条、3条、...橡皮筋进行第2次、第3次、...实验。实验时,每次实验时橡皮筋伸长的长度都应保持一致。
3.实验数据处理时,以橡皮筋对小车做的功W为纵坐标,小车获得的速度为横坐标,以第一次实验时的功W为单位,作出W-v以及W-v?图象,分析图象,可以得知橡皮筋对小车做的功W与小车获的速度v?的定量关系。
4.打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度,因为这一段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形。
深入探究
02
二、误差分析
1.误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一,使橡皮筋的拉力与橡皮筋的条数不成正比。
2.平衡摩擦力不彻底或平衡过度也会造成误差。
3.利用打上点的纸带计算小车的速度时,测量不准带来误差。
三、数据处理
1.测量小车的速度:实验获得如图所示的纸带,为探究橡皮筋做功和小车速度的关系,需要測量弹力做功结束时小车的速度,即小车做匀速运动的速度,应在纸带物理量是(用字母表示):A1、A2的距离x,小车速度的表达式v=x/t(用测量的物理量表示)(T为打点时器的时间间隔）
深入探究
02
深入探究
02
3.实验数据处理及分析
在坐标纸上,如图所W-v和W-v?图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位)。
（1）用计算法处理实验数据:
在确定了橡皮筋对小车所做的功并测出了小车获得的速度后，如果作出的W-ν曲线条直线,可以采用计算的方法,即根据测得的速度分别按W∝v?、W∝v?、W∝根号v、…算出相应的功的值，实际则得的速度与哪一种最接近,它们之间就具有哪一种关系。
深入探究
02
(2)用图象法处理实验数据：
我们也可根据实验测得的数据,分别作出W-v曲线、W-v?曲线、W-v?曲线......如果哪一种图象更接近于过原点的倾斜直线,功与速度之间就是哪一种正比关系。
用图象法处理数据,要比计算法更简捷而且直观。
深入探究
02
实验操作注意事项
1、适度平衡小车的摩擦力（稍微倾斜木板）
2、每次小车都要由同一位置静止开始运动
3、橡皮筋拉伸长度要适度
深入探究
02
该实验的优缺点
优点：该实验方法巧妙的避开了功的运算，直接确定了橡皮筋拉力对小车所做功的倍数关系。设计思路充分体现了探究精神。
缺点：橡皮筋的长度、粗细不一；橡皮筋条数多时很难在纸带上找到均匀的点；实验误差较大
典型例题
03
类型一
实验原理及操作注意事项
【例题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水平
D.先接通打点计时器的电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出
解析:本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳,只要测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足够了,A错。每次实验橡皮筋拉伸的长度必须保持一致,只有这样才能保证以后各次实验时,橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍,B错。小车运动中会受到阻カ,只有使木板倾斜到一定程度,才能减小误差,C错。实验时,应该先接通电源,让打点计时器开始工作,然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出,D正确。
答案:D
典型例题
03
类型二
实验数据的处理
【例题2】为了“探究功与速度变化的关系”，某同学做了如下实验，他让滑块在某一水平面上滑行,利用速度采集器获取其初速度v并测量出不同初速度的最大滑行距离x,得到下表所示几组数据：
(1)该同学根据表中数据,作出x-v图象如图甲所示,观察该图象,该同学作出如下推理：根据x-v图象大致是一条抛物线,可以猜想x可能与v?成正比。请在图乙所示坐标纸上选择适当的坐标轴作出图线验证该同学的猜想
(2)根据你所作的图象,你认为滑块滑行的最大距离x与滑块初速度二次方v?的关系是＿＿＿。
典型例题
03
典型例题
03
点拨:用描点法画出x-v?图象,然后由图线判断规律。
解析:(1)作出x-v?图线如图所示。
(2)由图可以看出滑块滑行的最大距离x与滑块初速度的二次方v?成正比，即x∝v?
答案:(1)见解析
(2)
x∝v?
典型例题
03
题后反思
用图象法分析两个物理量间的关系很直观,也很清晰,通过图线的形状容易确定x和v以及x和v?的关系。
典型例题
03
类型三
实验的创新设计
【例题3】如果提供给你天平、气垫导轨、数字计时器及计算机辅助设备,请设计探究功与质量、速度间定量关系的实验方法.
点拨:用气垫导轨和数字计时器，可以测出滑块经导轨上某位置的速度。
典型例题
03
解析:如图所示,滑块在气垫导轨上受重力和支持力两个力的作用，当滑块沿导轨滑行时,滑块重力沿倾斜导轨方向的分力对滑块做功。这一分力为
在滑块经过两光电门的过程中，这一分力所做的功为
式中m为滑块(连同遮光条)的质量,可用天平测出；h为垫块的高度，l为垫块与导轨接触点到导轨底端的距离，s为两光电门间的距离,均可用刻度尺测出。
典型例题
03
以v1、v2分别表示滑块经过光电门G1、G2时的速度,根据固定在滑块上的两遮光条的间距和由数字计时器显示的滑块经过光电门G1、G2的时间,即可算出v1、v2。
由m、v1、v2组成的式子可能为
m（v2-v1）、m（v2-v1）?、m（v2?-v1?）、......
将实验数据分别代入以上各式,运用计算机辅助设备进行数据处理,即可发现功与质量、速度间的定量关系。
答案:见解析
THANKS
谢谢聆听