广西南宁地区2020-2021学年高一下学期物理人教版必修2课件：7.6实验：探究功与速度变化的关系44张PPT

实验：探究功与速度变化的关系
教学目标
领会探究功与物体速度变化的关系实验的设计思路，经历探究学习的情感体验过程
知道用一根橡皮筋所做的功为“单位的功”
理解小车做匀速运动阶段测量速度比较合理
能进行实验操作，会采集实验数据
理解实验数据处理时寻找W与v的关系的方法
教学重点
教学难点
实验方案的设计，实验数据的采集与处理
实验数据的处理
高速行驶的汽车具有动能
波涛汹涌的海水具有动能
自由飞翔的鸟儿具有动能
游来游去的鱼儿具有动能
缓慢爬行的蜗牛具有动能
直冲天空的钢铁侠具有动能
绕地转动的月球具有动能
那么动能的表达式是什么？
动能的影响因素有哪些？
在高速公路上行驶的汽车分别以60迈和120迈行驶，哪种情况下，汽车的动能较大？
在高速公路上都以60迈行驶的汽车和大货车，谁的动能较大？
120迈行驶时的动能比较大
货车的动能比较大
物体的速度越大，质量越大，动能就越大
动能大小的影响因素
重力做功
重力势能
弹簧弹力做功
弹性势能
动能跟什么力做的功有关呢？
动能
速度
的变化
合外力
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
由此找到动能表达式的线索
控制变量法
控制物体质量不变
实验中我们需要测量的物理量有哪些？
力做的功，速度
恒力做功
使小车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
变力做功
不可测量，应该如何处理？
此实验目的是探究力做的功与速度变化的关系
可以控制使功成倍增加，然后记录对应的速度变化情况
探究的思路
如何获取多组数据？
恒力做功
改变力的大小，或者小车在力的作用下运动的距离对应地，小车获得的速度就会不同
由此得到功与速度的几组数据
变力做功
变力在某个过程中做的功恒定，
那么在相同过程中可采取一些措施使功成倍地增加例如，使用橡皮筋对物体做功；
第一次使用一根橡皮筋，拉伸到某长度；第二次使用两根橡皮筋，拉伸到相同长度，这样橡皮筋做的功就变作原来的2倍，获得多组数据
探究的思路
得到数据之后，如何进行处理？
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，做出W-v图象，即功—速度图象。
分析这个图象，可以了解两者的定量关系
探究的思路
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作用力
或者虽不能测量但可以定量地比较大小的作用力
实验方案
如图，由重物通过滑轮牵引小车
如何测量小车受到的绳给的拉力？
如何测量小车的速度？
由纸带测出
如何获取多组数据？
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
实验方案（恒力做功）
小车在木板上做什么样的运动？
做匀加速直线运动
测量小车所受拉力做的功以及小车速度时，数据应该如何选取？
选取重物下降一定高度时，速度即纸带上对应的数据点的速度
实验方案（恒力做功）
小车运动过程中除绳拉力做功以外，还有小车与木板之间的摩擦力做功，摩擦力不易测量，故此实验中需将摩擦力做的功抵消掉，应该如何处理？
可以使木板略微倾斜
使小车所受重力沿斜面的分力与摩擦力相平衡，抵消掉摩擦力做的功。
木板应该倾斜到什么程度？
实验方案（恒力做功）
小车受到的牵引力F 实际上小于重物的重量G，你能说出为什么吗？
小车受到的牵引力与向上拉重物的力是相等的，都等于绳的张力
而重物在加速下落，故绳的张力一定比重物受到的重力小
实验方案（恒力做功）的反思
分别对小车和重物应用牛顿第二定律列方程，消去加速度后可以得到牵引力F与重物重量G的关系。
根据你的计算，说一说什么情况下可以近似用重物的重量G代表小车受到的牵引力F？
实验方案（恒力做功）的反思
如图，使小车在橡皮筋的作用下弹出
小车在木板上做什么样的运动？
先加速后匀速然后减速
小车在木板上运动时，哪一阶段橡皮筋对小车做功？
加速阶段，即橡皮筋被拉伸到恢复原长阶段
实验方案（变力做功）
应该选取小车哪个运动阶段的速度作为我们的速度数据，如何计算速度？
选取小车匀速阶段的速度，在纸带上选取点迹清晰且均匀的点计算速度
橡皮筋对小车的拉力做的功能否直接测量？
不容易测量
如何解决？
实验方案（变力做功）
第一次，用一根橡皮筋拉小车
第二次，用二根相同橡皮筋拉小车，且使拉伸长度与第一次相同
第三次、第四次……操作时分别改用3根、4根……同样地橡皮筋，并使小车从同样地位置被弹出
W
2W
3W、4W……
实验方案（变力做功）
橡皮筋对小车做的功是合外力的功吗？
不是，还有摩擦力做功
如何使拉力做的功等于合外力的功？即抵消摩擦力做的功
将木板垫高一定角度，使重力沿斜面的分力与摩擦力相等
实验方案（变力做功）的反思
每次实验中，橡皮筋拉伸的长度有什么要求？
拉伸长度相同
如何选取橡皮筋？
选择粗细相同，弹性一致的橡皮筋
实验方案（变力做功）的反思
以上两个实验案例，哪一个误差较小，得到的结论更可靠？
恒力做功
较难实现小车质量远大于钩码重量
变力做功
两种实验方案的对比和选取
体会并学习探究功与速度变化的关系的实验思路
掌握探究功与速度变化的关系的实验方法
探究功与速度变化的关系的实验方法
实验目的
①探究功与速度变化的关系
②学习体会探究的过程和用到的方法
实验装置和器材
木板、
小车、
橡皮筋（若干条）、
打点计时器、
电源、
纸带、
钉子2枚、
刻度尺、
铅笔
a.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
b.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。
实验步骤
c.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
d.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
实验步骤
实验次数
橡皮筋做的功
位移l/m
时间间隔t/s
匀速运动时的速度v/(m/s)
1
2
3
4
5
W
2W
3W
4W
5W
数据处理
弹力做功刚完毕时小车的速度
数据处理（图象法）
做W-v图
若为直线，则W与v成正比
若为曲线
做W-? ? 图
若为直线，则W与? ? ?成正比
若为曲线
做W-? ? 图
……
……
……
为什么不做? ? ? ? ?图？?
数据处理（图象法）
W
1
2
3
4
5
6
0
v/(m/s)
0.80
1.10
1.28
1.53
1.76
1.89
0
W-v图
为什么图象会通过原点?
数据处理（图象法）
W
1
2
3
4
5
6
0
v/(m/s)
0.80
1.10
1.28
1.53
1.76
1.89
0
W-? ?图
表明W与? ? 成正比
合外力对物体做的功W 与? ? ?成正比
实验结论
1.实验开始前一定要平衡摩擦力
2.实验时一定要先开打点计时器，再释放小车
3.橡皮筋选择时一定要同型号
4.增加橡皮筋条数后，一定要拉伸相同长度
注意事项
本节是一个探究性实验，探究的目的是（ ? ? ）
A.探究力与物体运动速度的关系
B.探究力与物体运动加速度的关系
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
问题与练习
【分析】
【解答】
【点评】
例题
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【解答】
【点评】
例题
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【解答】
【点评】
例题