人教版高中物理必修二7.6 探究功和速度变化的关系(共26张PPT)

(共26张PPT)
7.6探究功与速度变化的关系
必修2
第七章
机械能守恒定律
学习目的：
1.理解探究性实验中的探究思路、操作技巧和数据处理，能够自主设计实验。
2.会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。
3.利用物理图象探究功与物体速度变化的关系。
重力做功
重力势能
弹力做功WF
外力做功W
弹性势能
动能
速度
WG
=
mg(h1-h2)=Ep1
-
Ep2
=
-ΔEp
一.探究功与物体速度变化的关系
对物体做的功越多,物体的速度变化就越大.
定性:在物体质量一定的前提下:
1.通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系
2.体会探究的过程和所用的方法
探究思路
1.测量对小车做的功W
2.测量小车获得的速度v
3.数据处理,寻找W与v的关系
②FT＝mg的条件?
方案一:
①F合＝FT的条件？
平衡摩擦
③记录数据?
M车>>m物
W=Fl.
v用计时器测
1.橡皮筋做的功
②如何改变橡皮筋做的功？
方案二:
问题:①橡皮筋做功是恒力做功还是变力做功？
?
C
B
A
?
B
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?
④改变橡皮筋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?
橡皮筋的长度、粗细应相同
每条橡皮筋每次做功相等
实验器材:木板、小车、橡皮筋(若干）、砝码（应该使小车的质量大些）打点计时器、电源、纸带、钉子
2探究过程中,我们是否需要测出橡皮筋做功的具体数值?
橡皮筋弹力做功不容易计算,然而改用橡皮筋的条数,保持小车相同的运动距离,则弹力的功与橡皮筋条数成正比.即橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W……
3.应该采用那些点距来计算小车的速度？
..
.
.
.
.
.
.
.
.
小车运动情况:
变加速直线运动(a越来越小的加速运动)
匀速运动
减速运动
如图:
应求小车匀速阶段的速度.即:弹力做功刚完毕时
利用倍数关系巧妙测变力做的功是本实验的精妙之处
思考一:
1.还有其他力对小车做功吗?为了使橡皮筋对小车做的功即为合力功,怎么办?
G
F阻
FN
F
F2
F1
平衡摩擦
mgsinθ＝μmgcosθ.
tanθ＝μ
轻推小车小车能匀速运动
应该选后段点间距均匀的点
思考二:①平衡摩擦力后打出点迹是怎样的？
②我们应该选取纸袋上的哪部分点计算小车获得的速度？
方法:判断运动
思考三:若未平衡摩擦力,请定性画出所得纸带是怎样的？
A
B
C
D
E
F
G
W∝V2,即功与物体的速度的平方成正比.
做出W—v的图象,如果不是直线.
做出W—v2的图象,如果是一条直线
实验结论：
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.
二.实验过程
?
?
C
B
A
w
0
1W
2W
3W
4W
5W
6W
v
0
0.8
1.1
1.28
1.53
1.76
1.89
v2
0
0.64
1.21
1.64
2.34
3.1
3.57
在探究功与物体速度变化关系时得到w-v的一组数据如下:
请同学们帮该同学分析W与V间关系
三.数据处理功与速度的关系
得到的数据应怎么处理?
结论:过原点的直线,说明
1.小车在木板上运动时会受到阻力,
怎么补偿?
2.测量橡皮筋拉力做功时利用倍数关系巧妙地避开直接测
量变力做功的问题(但必须注意实验时,每次拉长橡皮筋的
长度应该相等).
3.纸带上的点距并不都是均匀的,应该采用那些点距来计算
小车的速度?为什么?
1.
打出纸带点数不能过少,否则找不出小车不受弹力匀速时打出的点,描绘曲线要容易判断曲线性质
2.在长木板上,小车、铁钉、打点计时器的位置应调整适当,以保证打在纸带上的点便于处理,求出小车运动的速度.
3.平衡摩擦力时,可使木板略微倾斜,作为补偿.
4.小车的质量较小,当用多条橡皮筋时,打出的点过少,应改用质量稍大的小车(或可加砝码),以保证打出的点便于处理.
5.
点并不是均匀的,应选用均匀的部分来确定小车的速度.
实验目标
：
探究功与速度变化的关系．
实验器材
：
　长木板、橡皮筋(若干)、小车、打点计时器、橡皮筋、电源、导线、刻度尺、木板、砝码（应该使小车的质量大些）
．
注意事项：
1．橡皮筋的选择．
2．平衡摩擦力．
3．误差分析．　　
4．橡皮筋的条数．
5．实验装置的选取．
【例1】在用如图所示装置做“探究功与速度变化的关系”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
A
C
例2探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系,实验装置如图所示,实验主要过程如下:(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、……;(2)分析打点计时器打出的纸带,求出小车的速度v1、v2、v3、……;(3)作出W-v草图;(4)分析W-v图象.如果W-v图象是一条直线,表明W∝v,如果不是直线,可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝
等关系.以下关于该试验的说法中有一项不正确,它是______________.
A.本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、…。所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条、…橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、…实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、…。B.小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜。C.某同学在一次实验中，得到一条记录纸带。纸带上打出的点，两端密、中间疏。出现这种情况的原因，
可能是没有使木板倾斜或倾角太小。D.根
据记录纸带上打出的点，求小车获得的速
度的方法，是以纸带上第一点到最后一点
的距离来进行计算的。
D
1.本节是一个探究性实验,探究的目的是
A.探究力与运动速度的关系
B.探究力与运动加速度的关系
C.探究力对物体做功与物体加速度变化的关系
D.探究力对物体做功与物体速度变化的关系
D
课堂练习
2.对橡皮筋做功,直接测量是困难的,可以巧妙避开这个难题而不影响问题的解决,只需要测出每次实验时橡皮筋对小车做的功是第一次的多少倍,使用的方法是
A.用同样的力对小车做功,让小车通过的距离依次是s、2s、3s……进行第1次、第2次、第3次……实验时,力对物体做的功就是W、2W、3W
……
B.让小车通过相同的距离,第1次力为F、第2次2F、第3次3F……实验时,力对小车做的功就是W、2W、3W
……
C.选相同橡皮筋,实验中每次橡皮筋拉伸长度相同,用1条、2条、3条…同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第3次…实验时,橡皮筋对物体做的功就是W、2W、3W
……
D.用弹簧秤测量对小车的拉力F,
用直尺测量小车移动s,便可以求出每次F对小车做的功,可控制为W、2W、3W
…
C
3.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滑行的木板上能做匀速运动,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
4.某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态。若你是小组中的一位成员,
要完成该项实验,
则:
（1）你认为还需要的实验器材有
．
（2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙
和沙桶的总质量应满足的
实验条件是
，
实验时首先要做的步骤
是
．
水平实验台
滑轮
小沙桶
滑块
细线
打点计时器
纸带
长木板
天平，刻度尺
沙和沙桶的
总质量远小于滑块的质量，
平衡摩擦力
5.小明同学设计了一个实验来探究自行车的初速度与其克服阻力作功的关系.实验的主要步骤是:①找一段平直的路面,并在路面上画一道起点线;②骑上自行车用较快速度驶过起点线,并从车把手处自由释放一团很容易辨别的橡皮泥;③车驶过起点线后就不再蹬自行车脚蹬，让车依靠惯性沿直线继续前进；④待车停下，记录自行车停下时的位置；⑤用卷尺量出起点线到橡皮泥落地点间的距离s、起点线到终点的距离L及车把手处离地高度h.若自行车在行驶中所受的阻力为f并保持恒定.
(2)自行车经过起点线后克服阻力做功W=　　　;
(3)多次改变自行车经过起点时的初速度,重复上述步骤②
~
④,则每次只需测量上述物理量中的
和　　,就能通过数据分析达到实验目的(用己知的物理量和所测量表示)
(1)自行车经过起点线时的速度v=　　　　　；
f
L
s
L
6.某兴趣小组在做“探究做功和物体速度变化关系”的实验前,提出了以下几种猜想:①W∝v,
②W∝v2,
③
.他们的实验装置如图甲所示,PQ为一块倾斜放置的木板,在Q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过Q点的速度).在刚开始实验时,有位同学提出,不需要测出物体质量,只要测出物体初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的读数就行了,大家经过讨论采纳了该同学的建议
0
速度传感器
P
L
Q
v
图甲
图乙
①请你简要说明为什么不需要测出物体的质量？
②让小球分别从不同高度无初速释放，测出物体初始位置到速度传感器的距离L1、L2、L3、L4……，读出小球每次通过Q点的速度v1、v2、v3、v4、……，并绘制了如图乙所示的L-
v图象。若为了更直观地看出L和v的变化关系，他们下一步应怎么做？
③在此实验中，木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果，为什么？
解：
①因为对物体做的功W与物体初始位置到测速器的距离L成正比。
②下一步应该绘制L-
v
2图象
③木板与物体间摩擦力的大小不会影响探究出的结果；
因为摩擦力和重力的合力对物体做功也与距离L成正比
7.某实验小组采用如图所示的装置探究“动能定理”，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，打点针时器工作频率为50
Hz．
⑴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．
打点计时器
小车
纸带
制动装置
接通电源
释放小车
断开开关
⑵图1是钩码质量为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和E五个计数点，可获得各计数点到O的距离
测量点
S/cm
v/(m·s－1)
O
0.00
0.35
A
1.51
0.40
B
3.20
0.45
C
______
______
D
7.15
0.54
E
9.41
0.60
S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1中的相应位置．
⑶在上车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统，
做正功，
做负功．
A
B
C
D
E
O
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
cm
纸带运动方向
5.06
0.49
钩砝的重力
小车受摩擦阻力
⑷实验小组根据实验数据绘出了图2中的图线（其中Δv2＝v2－v02），根据图线可获得的结论是
．要验证“动能定理”，还需要测量的物理量是摩擦力和
．
0
2
4
6
8
10
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
s/cm
Δv2/(m2·s－2)
小车初末速度的平方差与位移成正比
小车的质量
8.某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”
的实验，如图，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时，橡皮筋对小车做的功记为W.
当用2条、3条……，完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。
纸带
小车
橡皮筋
打点计时器
木板
⑴除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和
电源（填“交流”或“直流”）；
⑵若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是(
)：
A．橡皮筋处于原长状态
B．橡皮筋仍处于伸长状态
C．小车在两个铁钉的连线处
D．小车已过两个铁钉的连线
⑶在正确操作情况下，打在纸带上的点，并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的
部分进行测量（根据下面所示的纸带回答）;
A
B
F
G
H
I
C
D
E
K
交流
B
G
K
⑷下面是本实验的数据记录表，
橡皮筋
做功
10个间隔距离
x（m）
10个间隔时间
T（s）
小车获得速度
vn(m/s)
小车速度的平方vn2(m/s)2
1
W
0.2880
0.2
1.44
2.07
2
2W
0.4176
0.2
2.09
4.36
3
3W
0.4896
0.2
2.45
5.99
4
4W
0.5904
0.2
2.95
8.71
5
5W
0.6480
0.2
3.24
10.50
从理论上讲，橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn∝
。请运用表中测定的数据在如图所示的坐标系中作出相应的图象，验证理论的正确性。
要求：明确标注坐标轴的物理量,
合理设置标度,
用尺规作图,
所作图线应通过原点，
可见合力的功Wn和物体速度vn的平方成正比，验证了理论的正确性
.
解：
作图如图示：
5W
4W
3W
2W
W
0
Wn
2
6
4
8
10
12