高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 第2講 實(shí)驗(yàn) 探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系學(xué)案 魯科版必修2.doc

第2講實(shí)驗(yàn)：探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系目標(biāo)定位1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系.2.學(xué)習(xí)利用圖象法研究功與物體速度變化的關(guān)系1常見(jiàn)的兩種實(shí)驗(yàn)方案 (1)方案一：使小車(chē)在橡皮筋的作用下彈出，如圖1所示圖1改變橡皮筋的條數(shù)并使小車(chē)從_被彈出；測(cè)出小車(chē)被彈出后的速度，尋找牽引力對(duì)小車(chē)做的功與小車(chē)速度的關(guān)系想一想由于橡皮筋彈力隨其形變量而變，那么如何處理橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功？(2)方案二：由重物通過(guò)滑輪牽引小車(chē)，如圖2所示圖2改變重物的_或者改變小車(chē)運(yùn)動(dòng)的_，也就改變了牽引力做的功，從而探究牽引力做的功與小車(chē)獲得的速度間的關(guān)系2平衡摩擦力將木板一端墊高至輕推小車(chē)后小車(chē)做_運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，小車(chē)不要連接重物或拴橡皮筋，但應(yīng)連著_且接通電源想一想方案一實(shí)驗(yàn)中若不平衡摩擦力，紙帶上的點(diǎn)會(huì)是什么樣的？平衡摩擦力后，紙帶上的點(diǎn)又會(huì)是什么樣的？3數(shù)據(jù)的處理：通過(guò)試探與分析，確定w與v的關(guān)系(1)圖象法：分別試探畫(huà)出w與v、w與_、w與_、w與_間關(guān)系的圖象，找出哪一組的圖象更接近于過(guò)原點(diǎn)的_，從而確定功與速度變化的正確關(guān)系(2)計(jì)算法：對(duì)方案二，測(cè)出對(duì)小車(chē)?yán)Υ笮，小車(chē)位移s，及對(duì)應(yīng)速度v，計(jì)算拉力(或合力)對(duì)小車(chē)做的功w_，從而確定功與速度變化的關(guān)系.一、借助變力做功探究功與速度變化的關(guān)系1實(shí)驗(yàn)步驟(1)按圖3組裝好實(shí)驗(yàn)儀器，由于小車(chē)在運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力，把木板略微傾斜，使小車(chē)在木板上勻速運(yùn)動(dòng)，以平衡摩擦力圖3(2)先用一條橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)把橡皮筋拉伸一定長(zhǎng)度，理順紙帶，接通電源，放開(kāi)小車(chē)(3)換用紙帶，改用2條、3條同樣的橡皮筋進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都相同(4)由紙帶上點(diǎn)跡均勻部分算出小車(chē)獲得的速度，把各次實(shí)驗(yàn)獲得的速度依次記入設(shè)計(jì)的表格中(5)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，大致判斷兩個(gè)量可能的關(guān)系，然后以w為縱坐標(biāo)，以v(v2、v3)為橫坐標(biāo)作圖2數(shù)據(jù)處理與結(jié)果(1)以拉力(或合力)做的功w為縱坐標(biāo)，注意單位為一根橡皮筋做的功w0，以v為橫坐標(biāo)，作出wv圖象若如圖4甲所示為曲線，嘗試作wv2圖象，如圖乙，若wv2圖線為直線，則說(shuō)明wv2.圖4(2)結(jié)論：橡皮筋對(duì)小車(chē)的拉力(合力)做的功與小車(chē)速度的平方成正比，即wv2.3注意事項(xiàng)(1)平衡小車(chē)在木板上運(yùn)動(dòng)的摩擦力，保證小車(chē)脫離橡皮筋后做勻速運(yùn)動(dòng)(2)本實(shí)驗(yàn)是利用橡皮筋的多少來(lái)表示拉力做功的大小，故不需要求出做功的數(shù)值但每次實(shí)驗(yàn)所用的橡皮筋都要相同并且拉伸的長(zhǎng)度都保持一致(3)打出的紙帶上的點(diǎn)間距并不都是均勻的，應(yīng)選取點(diǎn)跡清晰、間距均勻的部分計(jì)算小車(chē)的速度例1某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖5所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系，小車(chē)在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 hz.圖5(1)實(shí)驗(yàn)中木板略微傾斜，這樣做_a是為了使釋放小車(chē)后，小車(chē)能勻加速下滑b是為了增大小車(chē)下滑的加速度c可使得橡皮筋做的功等于合力對(duì)小車(chē)做的功d可使得橡皮筋松弛后小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)(2)實(shí)驗(yàn)中先后用同樣的橡皮筋1條、2條、3條合并起來(lái)掛在小車(chē)的前端進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次都要把小車(chē)?yán)酵晃恢迷籴尫虐训?次只掛1條橡皮筋時(shí)橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功記為w1，第二次掛2條橡皮筋時(shí)橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功為2w1橡皮筋對(duì)小車(chē)做功后而使小車(chē)獲得的速度可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測(cè)出根據(jù)第四次的紙帶(如圖6所示)求得小車(chē)獲得的速度為_(kāi)m/s.圖6(3)若根據(jù)多次測(cè)量數(shù)據(jù)畫(huà)出的wv圖象如圖所示，根據(jù)圖線形狀，可知對(duì)w與v的關(guān)系符合實(shí)際的是圖_針對(duì)訓(xùn)練為了探究對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系，現(xiàn)提供如圖7所示的器材，讓小車(chē)在橡皮筋的作用下彈出后，沿長(zhǎng)木板滑行，請(qǐng)思考探究思路并回答下列問(wèn)題(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器交流電頻率為50 hz)圖7(1)為了消除摩擦力的影響應(yīng)采取的措施是：_.(2)當(dāng)我們分別用同樣的橡皮筋1條、2條、3條并用來(lái)進(jìn)行第1次、第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都應(yīng)保持一致，我們把第1次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功記為w.(3)由于橡皮筋對(duì)小車(chē)做功而使小車(chē)獲得的速度可以由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出，如圖8所示是其中四次實(shí)驗(yàn)打出的部分紙帶圖8(4)試根據(jù)(2)、(3)中的信息，填寫(xiě)下表.次數(shù)1234橡皮筋對(duì)小車(chē)做功w小車(chē)速度v/(ms1)v2/(m2s2)從表中數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：_.二、借助恒力做功探究功與速度變化的關(guān)系1測(cè)量前的準(zhǔn)備：平衡摩擦力將木板一端墊高，讓小車(chē)從木板上勻速滑動(dòng)，從而平衡摩擦力2實(shí)驗(yàn)必須滿足的條件：鉤碼質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量m在鉤碼質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量m的條件下，鉤碼的重力大小才近似等于小車(chē)所受合力3有關(guān)測(cè)量和計(jì)算(1)小車(chē)受到的合外力f：大小近似等于所掛鉤碼的重力mg，故用天平測(cè)出鉤碼的質(zhì)量m可求fmg.(2)通過(guò)紙帶測(cè)小車(chē)的位移sn.(3)求出合力對(duì)小車(chē)做的功wfsnmgsn(4)通過(guò)紙帶求出對(duì)應(yīng)位移sn時(shí)，小車(chē)獲得的速度v.4結(jié)論研究w與v的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)合力對(duì)小車(chē)做的功w與小車(chē)速度的平方成正比，即滿足wv2.例2某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)采用如圖9所示的裝置(實(shí)驗(yàn)中，小車(chē)碰到制動(dòng)裝置時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到一條紙帶后，通過(guò)分析小車(chē)位移與速度變化的關(guān)系來(lái)研究合力對(duì)小車(chē)所做的功與速度變化的關(guān)系圖10是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，點(diǎn)o為紙帶上的起始點(diǎn)，a、b、c是紙帶上的三個(gè)連續(xù)的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間均有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，用刻度尺測(cè)得a、b、c到o的距離如圖所示已知所用交變電源的頻率為 50 hz，則：圖9圖10(1)打b點(diǎn)時(shí)，小車(chē)的瞬時(shí)速度vb_m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)實(shí)驗(yàn)中，該小組的同學(xué)畫(huà)出小車(chē)位移s與速度v的關(guān)系圖象如圖11所示根據(jù)該圖線形狀，某同學(xué)對(duì)w與v的關(guān)系作出的猜想，肯定不正確的是_(填寫(xiě)選項(xiàng)字母代號(hào))圖11awv2 bwvcw dwv3(3)本實(shí)驗(yàn)中，若鉤碼下落高度為h1時(shí)合力對(duì)小車(chē)所做的功為w0，則當(dāng)鉤碼下落高度為h2時(shí)，合力對(duì)小車(chē)所做的功為_(kāi)(用h1、h2、w0表示)借助變力做功探究功與速度變化的關(guān)系1某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)如圖12甲所示，圖中小車(chē)是在一條橡皮筋作用下彈出的，沿木板滑行，這時(shí)，橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功記為w.當(dāng)用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)(每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致)，每次實(shí)驗(yàn)中小車(chē)獲得的速度根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打在紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算圖12(1)除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、刻度尺和_(選填“交流”或“直流”)電源(2)為平衡小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的阻力，應(yīng)該采用下面所述方法中的_(填入選項(xiàng)前的字母代號(hào))a逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，讓小車(chē)能夠自由下滑b逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，讓小車(chē)在橡皮筋作用下開(kāi)始運(yùn)動(dòng)c逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，給小車(chē)一初速度，讓拖著紙帶的小車(chē)勻速下滑d逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，讓拖著紙帶的小車(chē)自由下滑(3)圖乙是該實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中打出的一條紙帶，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連接的電源的頻率為50 hz，則橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)小車(chē)的速度為_(kāi)m/s(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)借助恒力做功探究功與速度變化的關(guān)系2在“探究恒力做功與物體的速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中備有下列器材：a.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；b.天平；c.秒表；d.低壓交流電源；e.電池；f.紙帶；g.細(xì)線、砝碼、小車(chē)、砝碼盤(pán)；h.薄木板(1)其中多余的器材是_；缺少的器材是_(2)測(cè)量時(shí)間的工具是_；測(cè)量質(zhì)量的工具是_(3)如圖13所示是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的小車(chē)(質(zhì)量為m)在恒力f作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的紙帶，測(cè)量數(shù)據(jù)已用字母表示在圖中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為t.請(qǐng)分析，利用這些數(shù)據(jù)能否完成“探究恒力做功與物體的速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)？若不能，請(qǐng)說(shuō)明理由；若能，請(qǐng)寫(xiě)出做法圖13答案精析第2講實(shí)驗(yàn)：探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)1(1)同樣的位置想一想可用多根相同的橡皮筋每次拉長(zhǎng)都一樣，這樣做功就是w與nw之間的關(guān)系(2)質(zhì)量距離2勻速直線紙帶想一想若不平衡摩擦，小車(chē)在開(kāi)始時(shí)受橡皮筋的彈力和摩擦力拉力逐漸變小，摩擦力不變?cè)趦蓚€(gè)力相等前做加速度越來(lái)越小的加速運(yùn)動(dòng)，兩力相等時(shí)速度達(dá)到最大，之后兩力的合力方向與速度方向相反，做加速度越來(lái)越大的減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)后僅受摩擦力，做勻減速直線運(yùn)動(dòng)故紙帶上的點(diǎn)是兩頭密、中間疏，幾乎找不到間距相等的點(diǎn)平衡摩擦后，小車(chē)開(kāi)始做加速度越來(lái)越小的加速運(yùn)動(dòng)，橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng)故點(diǎn)跡是開(kāi)始密，越來(lái)越疏，之后間距相等3(1)v2v3傾斜直線(2)fs課堂講義例1(1)cd(2)2.00(3)c解析(1)木板傾斜是為了消除摩擦力的影響，可使得橡皮筋做的功等于合力對(duì)小車(chē)做的功，橡皮筋松弛后小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)(2)小車(chē)的速度應(yīng)從勻速運(yùn)動(dòng)部分取紙帶，可得小車(chē)獲得的速度為2.00 m/s.(3)根據(jù)wmv2，根據(jù)wv2，可知應(yīng)選c.針對(duì)訓(xùn)練見(jiàn)解析解析(1)將長(zhǎng)木板固定，有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，使小?chē)勻速下滑(4)由勻速運(yùn)動(dòng)的速度公式v，其中s可從題圖上讀出，分別為2.00 cm,2.83 cm,3.46 cm,4.00 cm.tt0.02 s，即可求出小車(chē)的速度次數(shù)1234橡皮筋對(duì)小車(chē)做功w2w3w4w小車(chē)速度v/(ms1)1.01.4151.732.0v2/(m2s2)1.02.03.04.0從表中數(shù)據(jù)可以得出：橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功與小車(chē)速度的平方成正比例2(1)0.80(2)bc(3)w0解析(1)vb m/s0.80 m/s.(2)由題圖知，位移與速度的關(guān)系圖象很像拋物線，所以可能sv2或sv3，又因?yàn)閣fs，f恒定不變，故wv2或wv3，a、d正確，b、c錯(cuò)誤(3)設(shè)合力為f，由w0fh1，得f，所以當(dāng)鉤碼下落h2時(shí)wfh2w0.對(duì)點(diǎn)練習(xí)1(1)交流(2)c(3)1.40解析(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電源(2)平衡摩擦力的方法是：逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，給小車(chē)一初速度，讓拖著紙帶的小車(chē)勻速下滑，故