1、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.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.2.學(xué)習(xí)利用圖象法探究功與速度變化的關(guān)系.知識(shí)探究一、實(shí)驗(yàn)原理讓橡皮筋拉動(dòng)小車(chē)做功使小車(chē)的速度增加，使拉小車(chē)的橡皮筋的條數(shù)由1條變?yōu)?條、3條則橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功為W2W、鯉、通過(guò)對(duì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打紙帶的測(cè)量計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)小車(chē)的速度，最后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.二、實(shí)驗(yàn)器材木板、橡皮筋(若干)、小車(chē)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、低壓交流電源、紙帶、刻度尺等.三、實(shí)驗(yàn)步驟(1) 按如圖7-6-1所示安裝好實(shí)驗(yàn)儀器.圖7-6-1(2) 平衡摩擦力：將安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的長(zhǎng)木板的一端墊起、紙帶穿過(guò)

2、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并接在小車(chē)后面、不掛橡皮筋.接通電源.輕推小車(chē)、直至打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出間隔均勻的點(diǎn).(3) 第一次先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶記錄小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況.(4) 換用2條、3條、4條同樣的橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，并使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都和第一次相同，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶記錄小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況.四、數(shù)據(jù)處理求小車(chē)的最終速度：如圖7-6-2所示，測(cè)出紙帶上點(diǎn)跡均勻的兩點(diǎn)如A1、A3間的距離x,則小車(chē)的速度為v=棄圖7-6-2計(jì)算小車(chē)做的功分另U為W、2W、3W時(shí)對(duì)應(yīng)的v、v2、v3、寸V的數(shù)值，填入表格.W2W3W4W5Wv2v3vw(1) 逐一與W的一組數(shù)值對(duì)照，判斷W與v、v2、v3、仙的可能

3、關(guān)系或嘗試著分別畫(huà)出W與v、W與v2、W與v3、W與寸V關(guān)關(guān)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(guān)系.五、誤差分析(1) 誤差的主要來(lái)源是橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)不一，使橡皮筋拉力做的功與橡皮筋的條數(shù)不成正比.(2) 誤差的另一主要來(lái)源是摩擦力平衡得不合適.(3) 利用紙帶確定物體的速度時(shí)，點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)也會(huì)帶來(lái)誤差.(4) 作圖描點(diǎn)不準(zhǔn)帶來(lái)誤差.六、注意事項(xiàng)(1) 平衡摩擦力的方法：將木板一端墊高，輕推小車(chē)讓其拖動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)，根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)跡是否均勻來(lái)判斷是否平衡了摩擦力.(2) 測(cè)小車(chē)速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)跡應(yīng)選均勻部分，也就是選小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)打的點(diǎn)跡.(3) 每次

4、釋放小車(chē)時(shí)，都要確保讓它從同一位置由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng).(4) 所選橡皮筋的規(guī)格應(yīng)一樣，力對(duì)小車(chē)做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計(jì)算出具體數(shù)值.典例剖析卜例H用如圖7-6-3所示的裝置，探究功與物體速度變化的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)時(shí)，先適當(dāng)墊高木板，然后由靜止釋放小車(chē)，小車(chē)在橡皮筋彈力的作用下被彈出，沿木板滑行.小車(chē)滑行過(guò)程中帶動(dòng)通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，記錄其運(yùn)動(dòng)情況，觀察發(fā)現(xiàn)紙帶前面部分點(diǎn)跡疏密不均，后面部分點(diǎn)跡比較均勻，回答下列問(wèn)題：圖7-6-3(1) 除了圖中已給出的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要的器材有(選填“秒表”“天平”或“刻度尺”).(2) 適當(dāng)墊高木板是為了(3) 通過(guò)紙帶求小車(chē)速度時(shí)，應(yīng)使用紙帶的毯

5、填“全部”“前面部分”或“后面部分”).(4) 若實(shí)驗(yàn)做了n次，所用橡皮筋分別為1根、2根一n根，通過(guò)紙帶求出小車(chē)的速度分別為vi、V2vn,用W表示橡皮筋對(duì)小車(chē)所做的功，作出的W-v2圖象是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，這說(shuō)明W與v的關(guān)系是.解析(1)實(shí)驗(yàn)需要測(cè)出紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，需要用到刻度尺.(2)將木板一端適當(dāng)墊高，在沒(méi)有橡皮筋的情況下使小車(chē)恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，以使小車(chē)的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車(chē)的合力就是橡皮筋的拉力.(3)橡皮筋拉力對(duì)小車(chē)所做的功全部完成后，打出來(lái)的點(diǎn)才能反映小車(chē)的速度，所以應(yīng)使用紙帶的后面部分.W-v2圖線是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可確定W與速度v的平

6、方成正比，即W=kv2.2答案(1)刻度尺(2)平衡摩擦力(3)后面部分W=kv卜例用如圖7-6-4所示的裝置做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí):圖7-6-4(1) 下列說(shuō)法正確的是(填字母代號(hào)).A. 為了平衡摩擦力，實(shí)驗(yàn)中可以將長(zhǎng)木板的左端適當(dāng)墊高，使小車(chē)?yán)┻^(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶自由下滑時(shí)能保持勻速運(yùn)動(dòng)B. 每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的規(guī)格要相同，拉伸的長(zhǎng)度要一樣C. 可以通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)來(lái)改變拉力做功的數(shù)值D. 可以通過(guò)改變小車(chē)的質(zhì)量來(lái)改變拉力做功的數(shù)值E. 實(shí)驗(yàn)中要先釋放小車(chē)再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源F. 通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車(chē)加速過(guò)程中獲得的最大速度G. 通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶

7、來(lái)測(cè)定小車(chē)加速過(guò)程中獲得的平均速度(2) 若在實(shí)驗(yàn)中，我們用1條、2條、3條同樣的橡皮筋進(jìn)行1次、2次、3次實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)中，如果橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都相等，那么每次橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功可記作W、2W、3W對(duì)每次打出的紙帶進(jìn)行處理，求出小車(chē)每次最后勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度v,記錄數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：功W0W2W3W4W5W6WK1v/(ms)01.001.411.732.002.242.45據(jù)以上數(shù)W-v2圖象.圖7-6-5(3) 根據(jù)(2)題中的圖象可以得出的結(jié)論是.解析(1)小車(chē)在水平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，由丁受到摩擦阻力導(dǎo)致小車(chē)速度在變化.所以適當(dāng)傾斜以平衡摩擦力，小車(chē)所能獲得動(dòng)能完全來(lái)源丁橡皮筋做的功，故A正確；實(shí)驗(yàn)中每

8、根橡皮筋做功均是一樣的，所以所用橡皮筋必須相同，且伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度也相同，故B正確；每次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都要一致，則一根做功記為W,兩根則為2W,故C正確；實(shí)驗(yàn)中是通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)來(lái)改變拉力做功的數(shù)值，故D錯(cuò)誤；只要使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的實(shí)驗(yàn)，都是先接通電源后釋放紙帶，故E錯(cuò)誤；由丁小車(chē)在橡皮筋的作用下運(yùn)動(dòng)，橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功與小車(chē)能獲得的最大速度有關(guān)，故F正確，G錯(cuò)誤.(2) 根據(jù)描點(diǎn)法可得，如圖所示(3) 由W-v2圖線可知，圖象為過(guò)原點(diǎn)的直線，因此W和v2成正比關(guān)系.答案(1)ABCF見(jiàn)解析(3)外力做功與物體速度平方成正比卜例EJ某學(xué)習(xí)小組利用如圖7-6-6所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理，氣墊導(dǎo)

9、軌對(duì)滑塊的阻力可忽略不計(jì)：圖7-6-6(1) 將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平,安裝好實(shí)驗(yàn)器材，從圖中讀出兩光電門(mén)中心之間的距離x=cm；(2) 若滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量為M，擋光條的寬度為d,擋光條通過(guò)光電門(mén)1和2所用的時(shí)間分別為Ati和At2,滑塊在兩光電門(mén)間動(dòng)能的變化量的表達(dá)式為(3) 對(duì)丁該實(shí)驗(yàn)裝置，你認(rèn)為以下操作和要求一定要完成的是：.A. 需要滿(mǎn)足石去碼盤(pán)和石去碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小丁滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量B. 通過(guò)滑輪拉滑塊的細(xì)繩在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中必須保持與木板平行C. 用天平測(cè)出石去碼盤(pán)和石去碼的質(zhì)量mD. 氣墊導(dǎo)軌左端應(yīng)墊高以平衡摩擦力解析(1)光電門(mén)1處刻度尺讀數(shù)為：20.30cm

10、,光電T2處刻度尺讀數(shù)為：70.30cm,故兩光電門(mén)中心之間的距離s=70.30cm20.30cm=50.00cm；(2) 由丁光電門(mén)的寬度d很小，所以我們用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度.滑塊通過(guò)光電門(mén)1的速度為：vi=3，滑塊通過(guò)光電門(mén)2的速度為：V2d12121rd1rd)2=反，則動(dòng)能的變化量為AEk=2MV2MV1=2M應(yīng)2MA、該實(shí)驗(yàn)中由丁已經(jīng)用傳感器測(cè)出繩子拉力大小，不是將石去碼和石去碼盤(pán)的重力作為小車(chē)的拉力，故不需要滿(mǎn)足石去碼和石去碼盤(pán)的總質(zhì)量遠(yuǎn)小丁小車(chē)的質(zhì)量，則A錯(cuò)誤；B、調(diào)節(jié)滑輪細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行，保證拉力水平，則B正確；C、由丁有拉力傳感器直接顯示繩子的拉力即為小車(chē)的合

11、力，則不需要測(cè)量石去碼盤(pán)和石去碼的質(zhì)量，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D、氣墊導(dǎo)軌噴氣可以使小車(chē)懸浮在導(dǎo)軌上，不受摩擦力，故不需要平衡摩擦力，D項(xiàng)錯(cuò)誤.故選B.22答案50.00(2加堂)-1M盅)(3)B當(dāng)堂達(dá)標(biāo)固雙基1.某同學(xué)用如圖7-6-7所示裝置做“探究和物體動(dòng)能變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，先使小車(chē)不連接橡皮筋，小車(chē)在木板上恰能勻速下滑.則在橡皮筋彈力作用第5頁(yè)下，合外力對(duì)小車(chē)所做的功毯填“大于”、“小于”或“等于”)橡皮筋所做的功；若第一、三次分別用一條、三條相同的橡皮筋并在一起做實(shí)驗(yàn)，且兩次橡皮筋的目同，則第三次實(shí)驗(yàn)中合外力對(duì)小車(chē)所做的功是第一次實(shí)驗(yàn)的W.圖7-6-7解析小車(chē)受重力，支持力，摩擦力和橡皮筋的

12、拉力，正確平衡好摩擦力后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，合外力的功就等于橡皮筋拉力所做的功；因?yàn)槭窍嗤鹌そ钭鰧?shí)驗(yàn)，且兩次橡皮筋的伸長(zhǎng)量相同，故三條時(shí)橡皮筋做的功應(yīng)是一條時(shí)的3倍.答案等于伸長(zhǎng)量32.在用如圖7-6-8所示的裝置做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，圖7-6-8為了平衡摩擦力，實(shí)驗(yàn)中可以將長(zhǎng)木板的毯填“左端”或“右端”)適當(dāng)墊高，使小車(chē)?yán)┻^(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶自由下滑時(shí)能保持運(yùn)動(dòng).(1) 為了使橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功成整數(shù)倍增加，每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的規(guī)格要相同，拉伸到.(2) 如圖7-6-9所示，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(chē)獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的S分進(jìn)行測(cè)量.圖7-6-9

13、解析(1)平衡摩擦力時(shí)應(yīng)將木板固定有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一側(cè)適當(dāng)墊高，使小車(chē)帶動(dòng)紙帶做勻速直線運(yùn)動(dòng).(2) 實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次應(yīng)將不同數(shù)量的橡皮筋拉伸到同一位置.橡皮筋做完功后，小車(chē)應(yīng)做勻速運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)的速度，在紙帶上，要選用點(diǎn)跡問(wèn)距離相等的計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，應(yīng)選用紙帶上的GJ部分進(jìn)行測(cè)量.答案(1)左端勻速(2)相同位置(3)GJ第6頁(yè)3.下面探究“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(chē)?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(chē)，小車(chē)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(chē)通過(guò)B位置時(shí)的速度v,設(shè)第1次橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功為W. 做出W-

14、v、W-v2的圖象，分析圖象的特點(diǎn)，得出結(jié)論. 如圖7-6-10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(chē)放在B處掛上一根橡皮筋(即圖示情況)，使橡皮筋處丁自由長(zhǎng)度.圖7-6-10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.解析合理順序?yàn)椤?答案在做“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，小車(chē)的質(zhì)量為m,使用橡皮筋6根，每次增加一根，實(shí)驗(yàn)中W、v、v2的數(shù)據(jù)已填在表格中.W1、v/(ms)v2/(m2s2)00010.800.6421.101.2131.281.6441.532.3451.7

15、63.1061.893.57(1)試在圖中作出相應(yīng)關(guān)系圖象.圖7-6-11(2)從圖象可以得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是.【導(dǎo)學(xué)號(hào)：75612125解析(1)將表中的數(shù)據(jù)分別描在圖甲、乙所示的兩個(gè)坐標(biāo)系中，然后在圖甲中用平滑曲線連接，在圖乙中用傾斜直線連接，并且使盡可能多的點(diǎn)分布在曲線上或?qū)ΨQ(chēng)分布在直線兩側(cè)，如圖甲和乙所示.甲乙(2)從乙圖看出Wv2.答案(1)見(jiàn)正確解答圖Wmv24. 某同學(xué)用如圖7-6-12所示的裝置探究功與物體速度變化的關(guān)系.圖7-6-12圖中所示的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，應(yīng)該配備46V的毯填“交流”或“直流”)電源.(1) 實(shí)驗(yàn)中為了平衡小車(chē)所受的摩擦力，可將木板的毯填“左”或“右”)端墊起

16、適當(dāng)?shù)母叨?(2) 實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變橡皮筋的(選填“長(zhǎng)度”或“條數(shù)”)改變功的值.(3) 操作正確的情況下，以功W為縱坐標(biāo)，以(選填“v”“v2”或“寸”)為橫坐標(biāo)作出的圖線最接近一條傾斜的直線.解析(1)根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的構(gòu)造和原理可知，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是46V的交流電源.由圖可知，小車(chē)在橡皮筋拉力作用下向右運(yùn)動(dòng)，為使橡皮筋做功為合外力做功，需要進(jìn)行平衡摩擦力操作，即需要適當(dāng)墊高木板的左端.實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次保持橡皮筋的形變量一定，當(dāng)有n根相同橡皮筋并系在小車(chē)上時(shí)，n根相同橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功就等丁系一根橡皮筋時(shí)對(duì)小車(chē)做的功的n倍，這個(gè)設(shè)計(jì)很巧妙地解決了直接去測(cè)量力和計(jì)算功的困難，故實(shí)驗(yàn)中不需要測(cè)出

17、一條橡皮筋對(duì)小車(chē)做功W的數(shù)值，因此只要改變橡皮筋的條數(shù)，即可改變做功的數(shù)值.根據(jù)功能關(guān)系可知，作出W與v2的關(guān)系圖象，圖象為過(guò)原點(diǎn)的一條直線,說(shuō)明功與v2成正比.答案(1)交流左(3)條數(shù)(4)v2某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖7-6-13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50Hz.圖7-6-13(1) 實(shí)驗(yàn)中木板略微傾斜，這樣做是為了()A. 使釋放小車(chē)后，小車(chē)能勻加速下滑B. 增大小車(chē)下滑的加速度C. 可使得橡皮筋做的功等丁合力對(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)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

18、進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次都要把小車(chē)?yán)酵晃恢迷籴尫判≤?chē).把第1次只掛1條橡皮筋時(shí)橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功記為Wi,第二次掛2條橡皮筋時(shí)橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功為2Wi,橡皮筋對(duì)小車(chē)做功后使小車(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7-6-14所示)求得小車(chē)獲得的速度為m/s.圖7-6-14若根據(jù)多次測(cè)量數(shù)據(jù)畫(huà)出的Wv圖象如圖7-6-15所示，根據(jù)圖線形狀，可知W與v的關(guān)系符合實(shí)際的是圖()圖7-6-15解析(1)實(shí)驗(yàn)中木板傾斜是為了平衡摩擦力，使橡皮筋松弛后小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)C、D正確.4X10-2(2) v=02m/s=2m/s.(3) 實(shí)驗(yàn)證明Wmv2,所以W-v圖線應(yīng)為一條拋物線，C正確.答案(1)CD(2)2C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7-6-16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，。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OA=AB=