高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 7.6 探究功與速度變化的關(guān)系領(lǐng)學(xué)案新人教版必修2

1、7.6 實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系學(xué)習(xí)目標(biāo)1、領(lǐng)會(huì)探究功與速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路。2、會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度。3、能夠利用物理圖像探究功與物體速度變化的關(guān)系。學(xué)習(xí)疑問(wèn)學(xué)習(xí)建議 認(rèn)真閱讀教材，回答下列問(wèn)題: 通過(guò)初步了解知道動(dòng)能的表達(dá)式中應(yīng)該包含速度，但他們之間究竟存在什么樣的關(guān)系，這是需要探究的，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，我們可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究力對(duì)物體做的功與物體速度變化的關(guān)系，由此找到動(dòng)能的表達(dá)式。 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的 。 2、學(xué)習(xí)利用 探究功與速度變化的關(guān)系。 二、實(shí)驗(yàn)原理 物體的動(dòng)能與物體的速度密切相關(guān)，而物體速度發(fā)變化又與力對(duì)

2、它做的功有關(guān)，故可以通過(guò)探究力對(duì)原來(lái)靜止的物體做的功與物體獲得的速度來(lái)確定兩者之間的關(guān)系。 三、探究思路探究思路一：（結(jié)合案例一）探究思路二：（結(jié)合案例二） 1、改變 的大?。翰捎媒炭茣?shū)上所示的實(shí)驗(yàn)裝置用1條，2條，3條同樣的橡皮筋并在一起將小車?yán)酵晃恢冕尫牛鹌そ罾?duì)小車所做的功依次為W、2W、3W 2、確定 的大?。盒≤嚝@得的速度v可以由紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)出，也可以用其他方法測(cè)出。 3、尋找 與 變化的關(guān)系：以橡皮筋拉力所做的功W為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度v為橫坐標(biāo)，作出Wv曲線（即功-速度曲線）。分析這條曲線，得出橡皮筋拉力對(duì)小車所做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系。 四、實(shí)驗(yàn)儀器（結(jié)

3、合案例二） 長(zhǎng)木板、 、小車、電火花計(jì)時(shí)器（帶紙帶、復(fù)寫紙等）， 、導(dǎo)線若干等。 五、實(shí)驗(yàn)步驟（結(jié)合案例二）（1）先將木板置于水平桌面上，將小車放在釘有鋼釘?shù)哪景迳希潭?，連接紙帶和一根橡皮筋，將小車?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放小車，橡皮筋對(duì)小車做的功記做W,根據(jù)紙帶測(cè)出小車被彈出后的速度V（選取間距均勻的那段紙帶來(lái)計(jì)算小車的速度V=X/T）,記入表格。（2）將橡皮筋改用為2根、3根. . . .n根,重復(fù)操作實(shí)驗(yàn)（每次實(shí)驗(yàn)橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度保持一致），橡皮筋對(duì)小車做的功分別記做 ,分別測(cè)出小車被彈出后的速度V1、V2. . . Vn，記入表格。（3）建立直角坐標(biāo)系，用縱坐標(biāo)表示

4、力對(duì)物體做的功W，用橫坐標(biāo)表示物體的速度V或速度的二次方V2，描點(diǎn)，連線，得出力對(duì)物體做的功與速度變化的關(guān)系。 六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 方法一：用 處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 在確定了橡皮筋對(duì)小車所做的功并測(cè)出了小車獲得的速度后，如果作出的Wv曲線不是一條直線，可以采用計(jì)算的方法，即根據(jù)測(cè)得的速度分別按v2、v3、算出相應(yīng)的幾組數(shù)值，逐一與W的一組數(shù)值對(duì)照，觀察實(shí)際測(cè)得的速度與Wv2、Wv3、W中哪一種關(guān)系最接近，它們之間就具有哪一種關(guān)系。 方法二;用 處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 我們也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，分別按v2、v3、算出相應(yīng)的幾組數(shù)值，并分別作出W-v2曲線、W-v3曲線、W- 曲線如果哪一種圖像更接近與過(guò)原點(diǎn)的傾斜

5、直線，功與速度之間就是哪一種正比關(guān)系。用圖像法處理數(shù)據(jù)，要比計(jì)算法更簡(jiǎn)捷、直觀。 【合作探究一】問(wèn)題探究1 ：小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力，阻力對(duì)小車做負(fù)功，而我們研究的是橡皮筋做的功，如何排除阻力的影響？ 問(wèn)題探究2：如何平衡摩擦力？ 問(wèn)題探究3：為什么要選取間距均勻的那段紙帶來(lái)計(jì)算小車的速度？ 【典題探究一】 例題1： 若打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)間間隔是0.02 s，則通過(guò)如圖所示的紙帶的點(diǎn)距可求出小車由于橡皮筋做功后而獲得的速度為_(kāi)m/s. 圖 例題2：橡皮筋釋放后，關(guān)于小車的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是() A一直做勻速直線運(yùn)動(dòng) B先做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，再做勻速直線運(yùn)動(dòng) C先做加速度減小的變加速直線運(yùn)動(dòng)，再

6、做勻速直線運(yùn)動(dòng) D先做加速度增大的變加速直線運(yùn)動(dòng)，再做勻速直線運(yùn)動(dòng) 例題3：在本實(shí)驗(yàn)中，我們并不需要測(cè)出橡皮筋做的功到底是多少，只需測(cè)出以后各次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功是第一次實(shí)驗(yàn)的多少倍，使用的方法是( ) A用同樣的力對(duì)小車作用，讓小車通過(guò)的距離為s、2s、3s進(jìn)行第1次，第2次，第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，力對(duì)小車做的功就是W、2W、3W B讓小車通過(guò)相同的距離，第1次力為F、第2次力為2F、第3次力為3F實(shí)驗(yàn)時(shí)，力對(duì)小車做的功就是W、2W、3W C選用同樣的橡皮筋，在實(shí)驗(yàn)中每次橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保持一致，當(dāng)用1條、2條、3條同樣的橡皮筋進(jìn)行第1次、第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功就是W、2W、

7、3W D利用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量對(duì)小車的拉力F，利用直尺測(cè)量小車在力F的作用下移動(dòng)的距離s，便可求出每次實(shí)驗(yàn)中力對(duì)小車做的功，可控制為W、2W、3W 【合作探究二】 .問(wèn)題：分析本實(shí)驗(yàn)誤差的來(lái)源？【典題探究二】 例題4：在探究功與物體速度變化的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中得到了一條如圖所示的紙帶，這條紙帶上的點(diǎn)兩端較密，中間較疏，出現(xiàn)這種情況的原因可能是( ). A電源的頻率不穩(wěn)定 B木板傾斜程度太大 C沒(méi)有使木板傾斜或傾角太小 D小車受到的阻力較大 例題5：關(guān)于探究功與物體速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，下列敘述正確的是（ ） A.每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車做功的具體數(shù)值 B.每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉

8、伸的長(zhǎng)度沒(méi)有必要保持一致 C.放小車的長(zhǎng)木板應(yīng)該盡量使其水平 D.先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 【課堂檢測(cè)】1某同學(xué)在做利用橡皮筋探究功與速度變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)時(shí)，拖著紙帶的小車在橡皮筋的作用下由靜止運(yùn)動(dòng)到木板底端，在此過(guò)程中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下的相鄰點(diǎn)間的距離變化情況是() A始終是均勻的B先減小后增大C先增大后減小 D先增大后均勻不變2在“探究功與物體速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中作出Wv2圖象如圖所示，下列符合實(shí)際的是() 3小明和小帆同學(xué)利用如圖所示的裝置探究功與速度的變化關(guān)系，對(duì)于橡皮筋和小車連接的問(wèn)題，小明和小帆同學(xué)分別有兩種接法，你認(rèn)為正確的是_(填“甲”或者“乙”) 4下面探

9、究“功與物體速度變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)步驟，其合理順序是_。將小車?yán)翀D中C處，使AB和BC間距離大致相等，接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，放開(kāi)小車，小車帶動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)，打下一系列的小點(diǎn)，由紙帶分析求出小車通過(guò)B位置時(shí)的速度v，設(shè)第1次橡皮筋對(duì)小車做的功為W。作出Wv、Wv2的圖象，分析圖象的特點(diǎn)，得出結(jié)論。如圖所示，先固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，在長(zhǎng)木板的兩側(cè)A處釘兩個(gè)小釘，小車放在B處掛上一根橡皮筋(即圖示情況)，使橡皮筋處于自由長(zhǎng)度。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)保持橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度不變，用同樣的方法測(cè)出v2、v3記下2W、3W記入表格。5某同學(xué)用如圖所示的裝置探究功與物體速度變化的關(guān)系。(1

10、)圖中所示的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，應(yīng)該配備46V的_(填“交流”或“直流”)電源。(2)實(shí)驗(yàn)中為了平衡小車所受的摩擦力，可將木板的_(填“左”或“右”)端墊起適當(dāng)?shù)母叨取?3)實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變橡皮筋的_(填“長(zhǎng)度”或“條數(shù)”)改變功的值。(4)操作正確的情況下，以功W為縱坐標(biāo)，以_(填“v”“v2”或“”)為橫坐標(biāo)做出的圖線最接近一條傾斜的直線。 層次一 1.利用重物自由下落過(guò)程，探究物體的速度與重力做功的實(shí)驗(yàn)中，有如下可供選擇的實(shí)驗(yàn)儀器：鐵架臺(tái)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器以及復(fù)寫紙、紙帶、低壓直流電源、天平、秒表、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān).其中，不必要的器材是_，缺少的器材是_.為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，重錘的質(zhì)量應(yīng)盡量_（填“大”或“

11、小”）. 2.試?yán)脛蜃兯龠\(yùn)動(dòng)的公式和重力做功的計(jì)算式，推導(dǎo)：自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體運(yùn)動(dòng)速度的平方與重力做功成正比. 3.在圖中，小車在橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行.現(xiàn)在，我們用1條、2條、3條同樣的橡皮筋進(jìn)行第1次、第2次、第3次實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)中，如果橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都保持一致，那么每次橡皮筋對(duì)小車做的功可記作1W、2W、3W對(duì)每次打出的紙帶進(jìn)行處理，求出小車的速度v，記錄見(jiàn)表格.請(qǐng)你猜一猜：小車速度v與橡皮筋所的功有什么定量關(guān)系？并試著在5-6-9中作出功W與速度的平方v2的關(guān)系圖象.功0W2W3W4W5W6Wv/（ms-1）01.01.411.732.02.242.44 4為了探究功與物體速

12、度變化的關(guān)系，某同學(xué)做了如下實(shí)驗(yàn)，他讓滑塊在某一水平面上滑行，利用速度采集器獲取其初速度v，并測(cè)量出不同初速度的最大滑行距離x，得到下表所示幾組數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)組123456v/(ms1)00.160.190.240.300.49x/m00.0450. 0750.1110.1630.442(1)一同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，作出xv圖象如圖甲所示。觀察該圖象，該同學(xué)作出如下推理：根據(jù)xv圖象大致是一條拋物線，可以猜想，x可能與v2成正比。請(qǐng)?jiān)趫D乙所示坐標(biāo)紙上選擇適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸作出圖線驗(yàn)證該同學(xué)的猜想。(2)根據(jù)你所作的圖象，你認(rèn)為滑塊滑行的最大距離x與滑塊初速度平方v2的關(guān)系是_。 層次二5為了探究物體做功與物

13、體速度變化的關(guān)系，現(xiàn)提供如圖所示的器材，讓小車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行。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50Hz)：(1)以下關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中有一項(xiàng)不正確，它是()A本實(shí)驗(yàn)設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、3W所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實(shí)驗(yàn)中使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保持一致。當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功為W，用2條、3條橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功分別是2W、3WB小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力，補(bǔ)償?shù)姆椒?，可以使木板適當(dāng)傾斜。C某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，得到一條記錄紙帶。紙帶上打出的點(diǎn)，兩端密、中間疏。出現(xiàn)這種情況的

14、原因，可能是沒(méi)有使木板傾斜或傾角太小。D根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn)，求小車獲得的速度的方法，是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的距離來(lái)進(jìn)行計(jì)算。(2)由于橡皮筋對(duì)小車做功而使小車獲得的速度可以由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出，如圖所示的是其中四次實(shí)驗(yàn)打出的部分紙帶：(3)試根據(jù)上面的信息，填寫下表：次數(shù)1234橡皮筋對(duì)小車做功W小車速度v(m/s)v2(m2/s2)從表中數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：_。6如圖(甲)所示的實(shí)驗(yàn)裝置，可用于探究力對(duì)靜止物體做功與物體獲得速度的關(guān)系。(1)實(shí)驗(yàn)中，小車會(huì)受到摩擦力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來(lái)平衡掉摩擦阻力，下面操作正確的是()A放開(kāi)小車，小車能夠自由下滑即可 B放開(kāi)小車，小車能夠勻速

15、下滑即可C放開(kāi)拖著紙帶的小車，小車能夠自由下滑即可D放開(kāi)拖著紙帶的小車，小車能夠勻速下滑即可(2)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車速度最大時(shí)，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說(shuō)法正確的是_。A橡皮筋處于原長(zhǎng)狀態(tài) B橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)C小車在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處 D小車未過(guò)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線(3)在正確操作情況下，打在紙帶上的點(diǎn)，并不都是均勻的，為了測(cè)量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的某部分進(jìn)行測(cè)量，如圖(乙)所示。你認(rèn)為下列選項(xiàng)中可能合理的是_。ABD BGI CHK DAK7某同學(xué)在探究功與物體速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)。將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過(guò)電火花計(jì)時(shí)器或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。先用手提著紙帶，使重物靠近計(jì)時(shí)器靜止。然后接通電源，松開(kāi)紙帶，讓重物自由下落，計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn)。得到的紙帶如圖乙所示，O點(diǎn)為計(jì)時(shí)器打下的第1個(gè)點(diǎn)，該同學(xué)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了下列處理；取OAABBC，并根據(jù)紙帶算出了A、B、C三點(diǎn)的速度分別為vA0.12m/s，vB0.17m/s，vC0.21m/s。甲 乙根據(jù)以上數(shù)據(jù)你能否大致判斷Wv2? 層次三 8.為了只用一根彈簧和一把刻度尺測(cè)定某滑塊與水平桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)(設(shè)為定