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文檔簡介
1、第六節(jié) 實驗:探究功與速度變化的關系,一、實驗目的體驗和經(jīng)歷探究功與速度變化(或動能變化)關系過程.二、實驗原理讓橡皮筋拉動小車運動一定的位移,通過改變橡皮筋的條數(shù),改變拉力功的大小,看功的大小與物體速度(或動能)的變化成怎樣的關系.三、實驗器材木板、小車、橡皮筋、打點計時器(或電火花計時器)、電源、紙帶等.,四、實驗步驟1.按如圖所示安裝好實驗儀器.,2.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
2、,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.3.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,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.4.分析數(shù)據(jù),嘗試作Wv、Wv2等圖象,探究W、v的關系.,五、數(shù)據(jù)處理1.橡皮筋彈力的功的計算由于橡皮筋彈力隨其形變量而變,橡皮筋對小車的功無法用公式定量計算.本實驗巧妙地回避了功的
3、計算.如果一條橡皮筋對小車做功為W,則兩條橡皮筋對小車做的功就是2W,三條橡皮筋對小車做功為3W,依次類推,各次實驗中橡皮筋對小車的功都可以用W的倍數(shù)來表達.,3.功與速度關系(1)通過試探與分析,確定W與v的關系因為圖象上的直線關系最容易判斷兩個物理量間的關系,所以可分別試探畫出W與v、W與v2、W與v3、W與間關系的圖象,找出哪一組的圖象是直線,從而確定功與速度的正確關系.(2)描點時既要觀察各點的位置關系,又要考慮應有的函數(shù)
4、關系,若拉力大,小車速度大,點數(shù)少,可能使W與v成線性關系,控制小車速度,加大縱坐標單位長度,可減少誤差.,六、注意事項1.本實驗是利用橡皮筋的多少表示橡皮筋做功的大小,不需要求出每次做功的具體數(shù)值,因此所選用的橡皮筋要長度、粗細相同.2.為了減小小車在運動中因受摩擦力帶來的誤差,可在長木板有打點計時器的一端下面墊一塊木塊,反復移動木塊位置,直至小車在斜面上向下運動時可以保持勻速直線運動,此時重力沿斜面方向的分力與摩擦力平衡,這樣可
5、以消除摩擦力的影響.,3.在用紙帶確定由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度時,應該是橡皮筋恢復形變以后小車的速度,所以在紙帶上應選用那些間距較大,且相對均勻的點來確定小車的速度.七、誤差分析誤差來源:一是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;二是橡皮筋長度、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;三是紙帶上點的間距測量也會帶來誤差.八、實驗結論通過作圖發(fā)現(xiàn)W-v2圖近似是一條直線,說明W∝v2.,某學習小組
6、做探究“合力做的功和物體速度變化的關系”的實驗,如圖所示,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W,當用2條、3條…n條完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次…第n次實驗時,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測出.,(1)除了圖中已有的實驗器材外,還需要導線、開關、刻度尺和________.(2)木板傾斜的目的是為了_____________
7、___.,(3)若木板水平放置,小車在兩條橡皮筋的作用下運動,當小車速度最大時,關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______.A.橡皮筋處于原長狀態(tài)B.橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)C.小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處D.小車已過兩個鐵釘?shù)倪B線,(4)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,應選用紙帶的____________部分進行測量(根據(jù)如圖所示的紙帶回答);,(5)下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄
8、表:,,,從理論上講,橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關系應是Wn∝________.請運用表中測定的數(shù)據(jù)在圖中所示的坐標紙中作出相應的圖象,并驗證理論的正確性.,解析:(1)要使打點計時器工作,還需要有電源.(2)木板傾斜的目的是為了使小車重力沿斜面方向的分力與摩擦力平衡,簡單說就是平衡摩擦力.(3)若木板水平放置,小車速度最大時橡皮筋的拉力與摩擦力相等,則此時橡皮筋仍處于伸長狀態(tài),小車未到達兩鐵釘連線,所以正確選項為B.(
9、4)計算小車獲得的速度應在小車勻速運動階段,因此應取GK段進行計算.,(5)從理論上講,橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關系應是Wn∝v.為了驗證這個理論的正確性,取Wn為縱坐標,v為橫坐標,用描點法作出圖線如圖所示,在誤差允許的范圍內,圖象是經(jīng)過原點的一條直線,說明Wn與v成正比.,【題后總結】描點作圖的注意問題:(1)合理選取橫、縱坐標(一般應使圖線理論上為一直線);(2)合理選取標度,根據(jù)題目中所給數(shù)據(jù)選取標度使所作圖線大致
10、占滿整個坐標紙;(3)畫直線(或光滑曲線)時要使各點均勻分布在圖線的兩側,并盡量靠近圖線;(4)能辨別明顯誤點并排除.,【針對訓練】1.下圖中所示為與小車相連,穿過打點計時器的一條紙帶,紙帶上的點距并不都是均勻的,下面說法中正確的是( )①紙帶的左端是與小車相連的②紙帶的右端是與小車相連的,③利用E、F、G、H、I、J這些點之間的距離來確定小車的速度④利用A、B、C、D這些點之間的距離來確定小車的速度A.①③ B.
11、②④C.①④ D.②③解析:小車先加速后勻速,加速時速度小,點子密集,故紙帶右端與小車相連,確定小車速度時,小車應勻速運動,故應該用A、B、C、D點確定小車速度,故選B.答案:B,某同學在“探究功與速度變化的關系”實驗中,設計了如圖所示的實驗.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.得到的紙帶如圖所示,O
12、點為計時器打下的第1個點,該同學對數(shù)據(jù)進行了下列處理:取OA=AB=BC,并根據(jù)紙帶算出了A、B、C三點的速度分別為vA=0.12 m/s,vB=0.17 m/s,vC=0.21 m/s.,根據(jù)以上數(shù)據(jù)你能否大致判斷W∝v2?,也可根據(jù)Wv2圖象來判斷,如圖.答案:見解析【題后總結】(1)尋求物理量間關系常用作圖法.(2)為直觀尋求物理量間關系,應合理選取坐標來表示物理量,使圖線為直線.,【針對訓練】 2.
13、某同學利用如圖所示裝置探究功與速度變化關系,已知重錘質量為m,當?shù)刂亓铀俣葹間.如圖所示,打點時間間隔為T,該同學讓重錘拖著紙帶由靜止下落,得到一條紙帶如圖,其中O點為初始位置,A、B、C、D、E各點到O點的距離分別為h1,h2,h3,h4,h5.則:(1)從開始到C點,重力對重物做功為______.(2)物體在打C點時速度為______.,1.關于探究功與物體速度變化的關系實驗中,下列敘述正確的是( )A.每次實驗必須
14、設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C.放小車的長木板應該盡量使其水平D.先接通電源,再讓小車在橡皮筋的作用下彈出,解析:本實驗沒有必要測出橡皮筋做功的具體數(shù)值,只要測出以后各次實驗時橡皮筋做的功是第一次的多少倍就足夠了,選項A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筋做的功是第一次的整數(shù)倍,否則,功的數(shù)值難以測定,選項B錯.小車運動中會受到摩擦阻力
15、,應使木板傾斜到一定程度以平衡摩擦力,從而減小誤差,選項C錯.實驗時,應該先接通電源,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,選項D正確.答案:D,2.在教材實驗中,小車會受到阻力,可以使木板稍微傾斜作為補償,則下面操作正確的是( )A.放開小車,能夠自由下滑即可B.放開小車,能夠勻速下滑即可C.放開拖著紙帶的小車,能夠自由下滑即可D.放開拖著紙帶的小車,能夠勻速下滑即可解析:為了找到彈力做的功與物體獲得的
16、速度的關系,根據(jù)控制變量法,必須盡量避免其他力做功,或使其他力(當然包括紙帶對小車的阻力)做的總功為零,所以正確選項為D.答案:D,3.某同學想利用自由落體運動“探究功與速度變化的關系”,實驗中,下列四組物理量中需要直接或間接測量的量有( )A.重錘的質量B.重力加速度C.重錘下落的高度D.與重錘下落高度對應的重錘的瞬時速度解析:物體受力不變,可以利用下落高度關系代表功的關系,所以必須測量下落高度,再利用下落高度計算對應各
17、點的瞬時速度,故C、D對,A、B錯.答案:CD,4.如圖所示,小車的運動情況可描述為:A、B之間為______運動,C、D之間為________運動.在探究功與速度關系的實驗中應用________段測速度.,解析:紙帶上的數(shù)據(jù)反映了小車的運動情況.由A到B之間可以看出,相鄰兩點間的位移越來越大,說明A到B這一段時間內小車所做的運動為加速運動,而C、D之間各時間間隔內的位移相等,故C、D之間小車的運動可看做勻速直線運動,所以測速度應用C
18、D段.答案:加速 勻速直線 CD,5.某同學為探究“恒力做功與物體動能改變的關系”,設計了如下實驗,他的操作步驟是:①擺好實驗裝置如圖所示.,②將質量為200 g的小車拉到打點計時器附近,并按住小車.③在質量為10 g、30 g、50 g的三種鉤碼中,他挑選了一個質量為50 g的鉤碼掛在拉線的掛鉤P上.④釋放小車,打開電磁打點計時器的電源,打出一條紙帶.(1)在多次重復實驗得到的紙帶中取出自認為滿意的一條,經(jīng)測量、計算,得到如
19、下數(shù)據(jù):,①第一個點到第N個點的距離為40.0 cm.②打下第N點時小車的速度大小為1.00 m/s.該同學將鉤碼的重力當做小車所受的拉力,算出拉力對小車做的功為________J,小車動能的增量為________J.(2)此次實驗探究結果,他沒能得到“恒力對物體做的功,等于物體動能的增量”,且誤差很大.顯然,在實驗探究過程中忽視了各種產(chǎn)生誤差的因素.請你根據(jù)該同學的實驗裝置和操作過程幫助分析一下,造成較大誤差的主要原因是:____
20、____________________________________________.,(2)誤差很大的可能原因:①小車質量不滿足遠大于鉤碼質量,使鉤碼的重力與小車受到的線的拉力差別較大;②沒有平衡摩擦力;③先放小車后開電源,使打第一個點時,小車已有一定的初速度.答案:(1)②0.196 0.100(2)①小車質量沒有遠大于鉤碼質量;②沒有平衡摩擦力;③操作錯誤;先放小車后接通電源,6.為了探究恒力作用時的功與速度關系,某
21、同學做了如下實驗,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):,(1)一同學根據(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.請在圖乙所示坐標紙上選擇適當?shù)淖鴺溯S作出圖線驗證該同學的猜想.,(2)根據(jù)你所作的圖象,你認為滑塊滑行的最大距離x與滑塊初速度平方v2的關
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