高中物理 第七章 機械能守恒定律 第6節(jié) 實驗：探究功與速度變化的關(guān)系 新人教版必修2

第第七七章章實驗理論實驗理論指導(dǎo)指導(dǎo)題型一題型一第第6 6節(jié)節(jié)知能演練知能演練提升提升典題案例典題案例導(dǎo)析導(dǎo)析題型三題型三題型二題型二 一、實驗?zāi)康囊弧嶒災(zāi)康?(1)探究力對物體做的功與物體速度變化的關(guān)系。探究力對物體做的功與物體速度變化的關(guān)系。 (2)體會探究過程和所用的方法。體會探究過程和所用的方法。 二、實驗原理二、實驗原理 讓橡皮筋拉動小車做功使小車的速度增加，若拉小車的讓橡皮筋拉動小車做功使小車的速度增加，若拉小車的橡皮筋的條數(shù)由橡皮筋的條數(shù)由1條變?yōu)闂l變?yōu)?條、條、3條條則橡皮筋對小車做的則橡皮筋對小車做的功為功為W、2W、3W利用打點計時器和紙帶測量每次實驗利用打點計時器和紙帶測量每次實驗后小車的速度，分析每次做的功與速度的關(guān)系，總結(jié)出功與后小車的速度，分析每次做的功與速度的關(guān)系，總結(jié)出功與速度的關(guān)系。速度的關(guān)系。 三、實驗器材三、實驗器材 木板、橡皮筋木板、橡皮筋(若干若干)、小車、打點計、小車、打點計時器、低壓交流電源、紙帶、刻度尺等。時器、低壓交流電源、紙帶、刻度尺等。 四、實驗步驟四、實驗步驟 (1)按如圖按如圖761所示安裝好實驗儀器。所示安裝好實驗儀器。 (2)平衡摩擦力：將安裝有打點計時器的長木板的一端墊平衡摩擦力：將安裝有打點計時器的長木板的一端墊起，紙帶穿過打點計時器，不掛橡皮筋，閉合電源，輕推小起，紙帶穿過打點計時器，不掛橡皮筋，閉合電源，輕推小車，使打點計時器在紙帶上打出的點間隔均勻。車，使打點計時器在紙帶上打出的點間隔均勻。圖圖7 76 61 1 (3)第一次先用一條橡皮筋做實驗，用打點計時器和紙第一次先用一條橡皮筋做實驗，用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度帶測出小車獲得的速度v1，設(shè)此時橡皮筋彈力對小車做功，設(shè)此時橡皮筋彈力對小車做功為為W，并將得到的數(shù)據(jù)記入表格中。，并將得到的數(shù)據(jù)記入表格中。 (4)換用換用2條、條、3條、條、4條條同樣的橡皮筋做實驗，并將同樣的橡皮筋做實驗，并將橡皮筋拉伸的長度都和第一次相同，測出小車獲得的速度橡皮筋拉伸的長度都和第一次相同，測出小車獲得的速度v2、v3、v4，橡皮筋對小車做功分別為，橡皮筋對小車做功分別為2W、3W、4W將數(shù)據(jù)記入表格中。將數(shù)據(jù)記入表格中。 五、數(shù)據(jù)處理五、數(shù)據(jù)處理 (1)速度數(shù)值的獲得：實驗獲得的是如圖速度數(shù)值的獲得：實驗獲得的是如圖762所示的所示的紙帶，為探究橡皮筋彈力做功與小車速度的關(guān)系，需要測量紙帶，為探究橡皮筋彈力做功與小車速度的關(guān)系，需要測量的是彈力做功結(jié)束時小車的速度，即小車做勻速運動的速度。的是彈力做功結(jié)束時小車的速度，即小車做勻速運動的速度。所以，應(yīng)該在紙帶上測量的物理量是圖中所以，應(yīng)該在紙帶上測量的物理量是圖中 A1、A3 間的距離間的距離 x，小車速度的表達式為小車速度的表達式為 ，其中，其中 T 是打點計時器的振動是打點計時器的振動周期。即選擇相鄰距離基本相同的若干點來計算小車勻速時周期。即選擇相鄰距離基本相同的若干點來計算小車勻速時的速度。的速度。圖圖7 76 62 2WvnW2W3W4W5Wvv2v3 (3)逐一與逐一與W的一組數(shù)值對照，判斷的一組數(shù)值對照，判斷W與與 的可能關(guān)系或的可能關(guān)系或分別試探畫出分別試探畫出W與與v、W與與v2、W與與v3、W與間關(guān)系的圖像，找與間關(guān)系的圖像，找出哪一組的圖像是直線，從而確定功與速度的正確關(guān)系。出哪一組的圖像是直線，從而確定功與速度的正確關(guān)系。 六、注意事項六、注意事項 (1)適度平衡小車受到的摩擦力；適度平衡小車受到的摩擦力； (2)每次實驗小車都要從同一位置由靜止開始運動；每次實驗小車都要從同一位置由靜止開始運動； (3)應(yīng)選擇粗細均勻，一致性好的橡皮筋；應(yīng)選擇粗細均勻，一致性好的橡皮筋； (4)橡皮筋的拉伸長度要適度；橡皮筋的拉伸長度要適度； (5)使小車掛住橡皮筋的中點，放正小車，使小車沿木板使小車掛住橡皮筋的中點，放正小車，使小車沿木板的中間線運動。的中間線運動。 七、誤差分析七、誤差分析 (1)誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋的拉力與橡皮筋的條數(shù)不成正比。橡皮筋的拉力與橡皮筋的條數(shù)不成正比。 (2)平衡摩擦力不夠或平衡過度造成誤差。平衡摩擦力不夠或平衡過度造成誤差。 (3)利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準(zhǔn)利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準(zhǔn)帶來誤差。帶來誤差。 例例1關(guān)于關(guān)于“探究功與速度變化的關(guān)系探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗中，下列的實驗中，下列敘述正確的是敘述正確的是 () A每次實驗必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值每次實驗必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值 B每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致 C放小車的長木板應(yīng)該盡量使其水平放小車的長木板應(yīng)該盡量使其水平 D先接通打點計時器的電源，再讓小車在橡皮筋的作用先接通打點計時器的電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出下彈出 解析解析本實驗沒有必要測出橡皮筋做的功到底是多少本實驗沒有必要測出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要測出以后各次實驗時橡皮筋做的功是第一次實驗焦耳，只要測出以后各次實驗時橡皮筋做的功是第一次實驗時的多少倍就已經(jīng)足夠了，時的多少倍就已經(jīng)足夠了，A錯。每次實驗橡皮筋拉伸的長錯。每次實驗橡皮筋拉伸的長度必須保持一致，只有這樣才能保證以后各次實驗時，橡皮度必須保持一致，只有這樣才能保證以后各次實驗時，橡皮筋做的功是第一次實驗時的整數(shù)倍，筋做的功是第一次實驗時的整數(shù)倍，B錯。小車運動中會受錯。小車運動中會受到阻力，只有使木板傾斜到一定程度，才能減小誤差，到阻力，只有使木板傾斜到一定程度，才能減小誤差，C錯。錯。實驗時，應(yīng)該先接通電源，讓打點計時器開始工作，然后再實驗時，應(yīng)該先接通電源，讓打點計時器開始工作，然后再讓小車在橡皮筋的作用下彈出，讓小車在橡皮筋的作用下彈出，D正確。正確。 答案答案D 例例2如圖如圖763所示為某學(xué)習(xí)小組做所示為某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速探究功與速度變化的關(guān)系度變化的關(guān)系”的實驗裝置，圖中小車是在一條橡皮筋的作的實驗裝置，圖中小車是在一條橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行，這時，橡皮筋對小車做的功記為用下彈出，沿木板滑行，這時，橡皮筋對小車做的功記為W。當(dāng)用。當(dāng)用2條、條、3條條完全相同的橡皮筋并在一起進行第完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、次、第第3次次實驗時，使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一實驗時，使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致。每次實驗中小車獲得的速度由打點計時器所打的紙帶致。每次實驗中小車獲得的速度由打點計時器所打的紙帶測出。測出。圖圖7 76 63 3 (1)在正確操作情況下，打在紙帶上的點，并不都是均在正確操作情況下，打在紙帶上的點，并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_部分進行測量部分進行測量(根據(jù)如圖根據(jù)如圖764所示的紙帶回答所示的紙帶回答)；圖圖7 76 64 4物理量物理量 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)次數(shù)次數(shù)橡皮橡皮筋做功筋做功10個間個間隔距隔距x(m)10個個間間隔時間隔時間T(s)小車獲小車獲得的速度得的速度vn(m/s)小車獲得小車獲得速度的平速度的平方方v(m2/s2)1W0.28800.21.442.0722W0.41760.22.094.3633W0.48960.22.455.9944W0.59040.22.958.7155W0.64800.23.2410.50(2)下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄表。下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄表。請運用表中測定的數(shù)據(jù)在圖請運用表中測定的數(shù)據(jù)在圖765所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖像，得出的結(jié)論是的圖像，得出的結(jié)論是_。圖圖7 76 65 5答案答案(1)GJ(只要取勻速部分均為正確只要取勻速部分均為正確)(2)如圖所示結(jié)論見解析如圖所示結(jié)論見解析 例例3某同學(xué)在某同學(xué)在“探究功與速度變化的關(guān)系探究功與速度變化的關(guān)系”實驗中，設(shè)計實驗中，設(shè)計了如圖了如圖766甲所示的實驗。將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿甲所示的實驗。將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過電火花計時器。先用手提著紙帶，使重物靜止在靠近計時器過電火花計時器。先用手提著紙帶，使重物靜止在靠近計時器的地方。然后接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計時器的地方。然后接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計時器就在紙帶上打下一系列小點。得到的紙帶如圖就在紙帶上打下一系列小點。得到的紙帶如圖766乙所示，乙所示，O點為計時器打下的第點為計時器打下的第1個點，該同學(xué)對數(shù)據(jù)進行了下列處理：個點，該同學(xué)對數(shù)據(jù)進行了下列處理：取取OAABBC，并根據(jù)紙帶算出了，并根據(jù)紙帶算出了A、B、C三點的速度分別三點的速度分別為為vA0.12 m/s，vB0.17 m/s，vC0.21 m/s。圖圖7 76 66 6根據(jù)以上數(shù)據(jù)你能否大致判斷根據(jù)以上數(shù)據(jù)你能否大致判斷Wv2?答案答案見解析見解析