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

6實驗：探究功與速度變化的關(guān)系1領會探究功與速度變化的關(guān)系實驗的設計思路，經(jīng)歷探究學習的情感體驗過程2知道用一根橡皮筋所做的功為“單位的功”，理解小車做勻速運動階段測量速度比較合理3能進行實驗操作，會采集實驗數(shù)據(jù)，理解實驗數(shù)據(jù)處理時尋找W與v的關(guān)系的方法教學目標【重點】學習探究功與速度變化關(guān)系的物理方法，并會利用圖像法處理數(shù)據(jù)【難點】實驗數(shù)據(jù)的處理方法圖像法重點難點本節(jié)是一節(jié)探究實驗課在進行實驗探索、收集數(shù)據(jù)時，需要考慮什么是有價值的數(shù)據(jù)，用什么方法來獲得數(shù)據(jù)，以及如何證明這些數(shù)據(jù)是可靠的在進行實驗時，操作應規(guī)范；在收集數(shù)據(jù)時，應實事求是，堅持嚴謹認真的科學態(tài)度對實驗所得到的結(jié)論要會判斷是否科學，判斷的標準就是看其是否具有重復性，即不論由哪位同學來做這個實驗，也不論做幾次，在允許的誤差范圍內(nèi)結(jié)果都應該是相同的教學建議過去我們強調(diào)的實驗，主要所指為操作技能，現(xiàn)在強調(diào)的實驗，除了操作技能外，希望學生更加重視實驗中的科學思想與技能的學習比如在探究功與速度變化的關(guān)系時，并不需要計算功的具體數(shù)值，原因是什么？在探究之前，要重點掌握本實驗中的探究方法另外用圖像處理數(shù)據(jù)比較形象、直觀，而且誤差也小，所以這種方法必須能夠熟練應用.教學建議【導入一】教師活動：前面幾節(jié)課研究了重力做功與重力勢能的關(guān)系，從而確立了重力勢能的表達式探究了彈力做功與彈性勢能的關(guān)系，從而確立了彈性勢能的表達式這一節(jié)和下一節(jié)我們來探究功與物體動能的關(guān)系我們知道物體的動能和速度有關(guān)，我們還不能馬上研究力對物體做的功和動能的關(guān)系，我們先來研究力對物體做的功和速度變化的關(guān)系新課導入【導入二】在很早的時候人們就認識到，要想使物體運動是要付出代價的在現(xiàn)實社會中我們也經(jīng)常遇到這樣的例子：要想使汽車運動起來是要消耗汽油的；要想使火箭獲得一個很大的速度，從而飛向太空，這同樣要消耗大量的燃料；要想使鉛球、鐵餅等物體獲得初速度從而把它們投擲出去，這也需要運動員耗費大量的體力以上各種現(xiàn)象中，要使物體獲得的速度越大，需要付出的代價越高，這說明了什么物理問題？新課導入學習互動【實驗目的】1領會“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗的設計思路，經(jīng)歷探究學習的情感體驗過程2知道用一根橡皮筋所做的功為“單位的功”，理解在小車做勻速運動階段時測量速度比較合理3能進行實驗操作，會采集實驗數(shù)據(jù)，理解實驗數(shù)據(jù)處理時尋找W與v的關(guān)系的方法學習互動【實驗原理】讓橡皮筋拉動小車做功使小車的速度增加，使拉小車的橡皮筋的條數(shù)由1條變?yōu)?條、3條則橡皮筋對小車做的功為W、2W、3W通過對打點計時器所打紙帶的測量計算出每次實驗后小車的速度，最后分析每次做的功與獲得的速度的關(guān)系，總結(jié)出功與獲得的速度的關(guān)系.【實驗器材】木板、橡皮筋(若干)、小車、打點計時器、低壓交流電源、紙帶、刻度尺等學習互動【實驗步驟】1按如圖761所示安裝好實驗儀器圖7612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，連接到小車上，不掛橡皮筋，閉合電源，輕推小車，打點計時器在紙帶上打出間隔均勻的點學習互動3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v1，設此時橡皮筋彈力對小車做功為W，并將得到的數(shù)據(jù)記入表格4換用2條、3條、4條同樣的橡皮筋做實驗，并使橡皮筋拉伸的長度都和第一次相同，讓小車從同一位置由靜止釋放，測出v2、v3、v4橡皮筋對小車做功分別為2W、3W、4W將數(shù)據(jù)記入表格5分析數(shù)據(jù)，嘗試作Wv、Wv2等圖像，探究W與v的關(guān)系學習互動【數(shù)據(jù)處理】1速度數(shù)值的獲得：實驗獲得如圖762所示的紙帶，為探究橡皮筋彈力做功與小車獲得的速度的關(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所以，應該在紙帶上測量的物理量是圖中A1、A3間的距離x，小車速度的表達式為vx/2T，其中T是打點計時器的打點周期，即選擇相鄰距離基本相同的若干點A1、A2、A3來計算小車勻速運動時的速度圖762學習互動學習互動【誤差分析】本實驗誤差主要來源于以下幾個方面：1由于忘記平衡摩擦力或沒有完全平衡摩擦力對實驗的影響；2橡皮筋長度、粗細不一，使得拉力及拉力的功與條數(shù)不成正比帶來誤差；3紙帶上所打點的間距測量也會帶來誤差；4描點不準帶來誤差學習互動【注意事項】1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；3應選擇粗細均勻、一致性好的橡皮筋；4橡皮筋的拉伸長度要適度；5使小車掛住橡皮筋的中點，放正小車，使小車在木板的中間位置沿直線運動.備用習題1用如圖所示的裝置，探究功與物體速度變化的關(guān)系實驗時，先適當墊高木板放有打點計時器的一端，然后由靜止釋放小車，小車在橡皮條彈力的作用下被彈出，沿木板滑行小車滑行過程中帶動穿過打點計時器的紙帶，記錄運動情況觀察發(fā)現(xiàn)紙帶前面部分點跡疏密不均勻，后面部分點跡比較均勻，回答下列問題：(1)適當墊高木板放有打點計時器的一端是為了_；(2)通過紙帶求小車速度時，應使用紙帶的_(選填“全部”“前面部分”或“后面部分”)；備用習題(3)若實驗做了n次，所用橡皮條分別為1根、2根、n根，通過紙帶求出小車的速度分別為v1、v2、vn，用W表示橡皮條對小車所做的功，作出的Wv2圖線是一條過坐標原點的直線，這說明W與v2的關(guān)系是_答案(1)平衡摩擦力(2)后面部分(3)W與v2成正比備用習題2“探究彈力做功與速度變化的關(guān)系”的實驗裝置如圖所示，當小車在兩條橡皮筋作用下彈出時，橡皮筋對小車做的功記為W0.當用4條、6條、8條橡皮筋并在一起進行第2次、第3次、第4次實驗時，橡皮筋對小車做的功記為2W0、3W0、4W0每次實驗中由靜止彈出的小車獲得的最大速度均可由打點計時器所打的紙帶測出(1)關(guān)于該實驗，下列說法正確的是()A電磁打點計時器可以用直流電源供電，電壓為46VB實驗中使用的若干根橡皮筋的原長可以不相等C每次實驗中應使小車從同一位置由靜止彈出備用習題備用習題答案(1)CD(2)0.83備用習題3某同學為探究“合力做功與物體速度變化的關(guān)系”，設計了如下實驗，他的操作步驟是：按圖安裝好實驗裝置，其中小車質(zhì)量M0.20kg，鉤碼總質(zhì)量m0.05kg.釋放小車，然后接通打點計時器的電源(電源頻率為f50Hz)，打出一條紙帶(1)他在多次重復實驗得到的紙帶中取出自認為滿意的一條，如圖767所示把打下的第一個點記作0，然后依次取若干個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間還有4個點未畫出，用厘米刻度尺測得各計數(shù)點到0點距離分別為d10.004m，d20.055m，d30.167m，d40.256m，d50.360m，d60.480m，他把鉤碼重力(當?shù)刂亓铀俣萭取9.8m/s2)作為小車所受合力算出從打下0點到打下點5過程合力做功W_J，打下點5時小車的速度v5_m/s.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)備用習題(2)此次實驗探究的結(jié)果誤差很大，他沒能得到“合力對物體做的功Wv2”的結(jié)論通過反思，他認為產(chǎn)生誤差的原因如下，其中正確的是_A鉤碼質(zhì)量太大，使得合力對物體做功的測量值比真實值偏大太多B沒有平衡摩擦力，使得合力對物體做功的測量值比真實值偏大太多C釋放小車和接通電源的次序有誤，使得動能增量的測量值比真實值偏小D沒有使用最小刻度為毫米的刻度尺測距離也是產(chǎn)生此誤差的主要原因備用習題答案(1)0.1761.12(2)AB備用習題自我檢測1(實驗步驟)(多選)如圖763所示，與小車相連且通過打點計時器的一條足夠長的紙帶上的點間距明顯不均勻，右端間距小，左端間距大，下面的分析和判斷正確的是()圖763A若左端與小車相連，可能平衡摩擦力時，木板傾斜度太大B若右端與小車相連，可能平衡摩擦力時，木板傾斜度太大C若左端與小車相連，可能小車有一定的初速度，實驗前忘記或沒有完全平衡摩擦力D若右端與小車相連，可能實驗前忘記或沒有完全平衡摩擦力自我檢測答案BC解析若紙帶左端與小車相連，從紙帶上點的間距可以判斷小車做減速運動，小車有一定初速度，減速原因可能是實驗前忘記或沒有完全平衡摩擦力，C項正確，A項錯誤；若紙帶右端與小車相連，小車一直做加速運動，說明可能平衡摩擦力時，木板傾角太大，B項正確，D項錯誤自我檢測2(綜合應用)某同學用如圖764所示的實驗裝置進行“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗圖中A為小車，連接在小車后面的紙帶穿過打點計時器B的限位孔，它們均置于長木板上實驗時，通過改變橡皮筋的條數(shù)讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W 通過打點計時器打下的紙帶來測定小車獲得的速度v1、v2、v3請回答下面幾個問題：(1)在本實驗中，小車會受到阻力的作用，這時需要使木板傾斜作為補償，下列操作正確的是_(填選項前的字母)圖764自我檢測A不掛橡皮筋，輕輕推一下小車，使小車能夠加速下滑即可B不掛橡皮筋，輕輕推一下小車，使小車能夠勻速下滑即可C小車在橡皮筋的拉力作用下，能夠加速下滑即可D小車在橡皮筋的拉力作用下，能夠勻速下滑即可(2)用一根橡皮筋套住小車，拉至某個位置，先接通電源再釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列的點已知打點計時器使用的交流電周期為0.02s得到的其中一條紙帶如圖765所示，應選圖中的_(選填“AB”或“CD”)段來計算小車的速度v，計算結(jié)果為v_m/s.圖765自我檢測(3)本實驗使用的橡皮筋總數(shù)是6根，實驗中W、v、v2的數(shù)據(jù)已記錄在下面表格中，并根據(jù)數(shù)據(jù)畫出了Wv和Wv2圖像如圖766所示甲、乙兩個圖像中，_(選填“甲”或“乙”)可以比較直觀地得出功與速度變化的關(guān)系W/W v/(ms1) v2/(m2s2)00010.800.6421.101.2131.351.8241.552.4051.732.9961.893.57圖766自我檢測答案(1)B(2)CD0.36(3)乙自我檢測3(綜合應用)某同學探究合力做的功和物體速度變化的關(guān)系的實驗裝置如圖767所示，小車在橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行用1條橡皮筋時對小車做的功記為W，當用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次實驗時，每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致實驗中小車獲得的速度由打點計時器所打的紙帶測出(1)木板水平放置，小車在橡皮筋作用下運動，當小車速度最大時，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是_(填選項前的字母)圖767自我檢測A橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)B橡皮筋恰好恢復原長C小車恰好運動到兩個鐵釘?shù)倪B線處D小車已超過兩個鐵釘?shù)倪B線(2)圖768是某次操作正確的情況下，電源頻率為50Hz時打點計時器打出的一條紙帶，為了測量小車獲得的速度，應選用紙帶的_(選填“AF”或“FI”)部分進行測量，速度大小為_m/s.圖768自我檢測答案(1)A(2)FI0.76