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2019-2020年高中物理 第七章 機械能守恒定律 第6節 實驗:探究功與速度變化的關系教學案 新人教版必修2

'2019-2020年高中物理 第七章 機械能守恒定律 第6節 實驗:探究功與速度變化的關系教學案 新人教版必修2'
?2019-2020年高中物理 第七章 機械能守恒定律 第6節 實驗:探究功與速度變化的關系教學案 新人教版必修2一、實驗目的1.通過實驗探究力對物體做功與物體速度變化的關系。2.體會探究過程和所用的方法。二、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由1條變為2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系,總結出功與獲得的速度變化的關系。三、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。四、實驗步驟1.按如圖7-6-1所示安裝好實驗儀器。圖7-6-12.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,接到小車上,不掛橡皮筋,接通電源,輕推小車,打點計時器在紙帶上打出間隔均勻的點。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的運動情況。4.換用2條、3條、4條…同樣的橡皮筋做實驗,并將橡皮筋拉伸的長度都和第一次相同,用打點計時器和紙帶記錄小車的運動情況。五、數據處理1.速度數值的獲得:實驗獲得的是如圖7-6-2所示的紙帶,為探究橡皮筋彈力做功與小車速度的關系,需要測量的是彈力做功結束時小車的速度,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間隔均勻的點A1、A3間的距離x,小車此時速度的表達式為v=,其中T是打點計時器的打點周期。圖7-6-22.計算小車做的功分別為W、2W、3W…時對應的v、v2、v3、…的數值,填入表格。W2W3W4W5Wvv2v33.逐一與W的一組數值對照,判斷W與v、v2、v3、…的可能關系或嘗試著分別畫出W與v、W與v2、W與v3、W與間關系的圖像,找出哪一組的圖像是直線,從而確定功與速度的正確關系。六、誤差分析1.系統誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一,使橡皮筋拉力做的功與橡皮筋的條數不成正比。2.系統誤差的另一主要來源是摩擦力平衡得不合適。3.利用紙帶確定物體的速度時,點間距測量不準會帶來偶然誤差。4.作圖描點不準確也會帶來偶然誤差。七、注意事項1.平衡摩擦力的方法:將木板一端墊高,輕推小車,由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否做勻速運動。2.測小車速度時,應選紙帶上點均勻的部分,也就是測小車做勻速運動時的速度。3.所選橡皮筋的勁度系數應小一些,小車質量應大一些,以使紙帶上打的點多一些。4.所選橡皮筋的規格應一樣,力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可,不必計算出具體數值。5.每次釋放小車時,都要讓它從同一位置由靜止開始運動。[例1] 在“探究恒力做功與動能改變的關系”實驗中(裝置如圖7-6-3):圖7-6-3(1)下列說法哪一項是正確的(  )A.平衡摩擦力時必須將鉤碼通過細線掛在小車上B.為減小系統誤差,應使鉤碼質量遠大于小車質量C.實驗時,應使小車靠近打點計時器由靜止釋放(2)圖7-6-4是實驗中獲得的一條紙帶的一部分,選取O、A、B、C計數點,已知打點計時器使用的交流電頻率為50 Hz,則打B點時小車的瞬時速度大小為________ m/s(保留三位有效數字)。圖7-6-4[解析] 平衡摩擦力的原理就是在沒有拉力的情況下調整斜面傾角,使μ=tan θ,A錯;為減小系統誤差應使鉤碼質量遠小于小車質量,-省略部分-.橡皮筋恰好恢復原長C.小車恰好運動到兩個鐵釘的連線處D.小車已超過兩個鐵釘的連線(2)如圖7-6-10所示是某次操作正確的情況下,在頻率為50 Hz的電源下打點計時器記錄的一條紙帶,為了測量小車獲得的速度,應選用紙帶的________(填“A~F”或“F~I”)部分進行測量,速度大小為________m/s。圖7-6-10解析:(1)因為木板水平放置,故實驗時沒有平衡摩擦力。當小車的速度最大時,合力為0,即橡皮筋的拉力和摩擦力的合力為0,所以橡皮筋仍處于伸長狀態,A正確,B錯誤;由此也可推知小車處于兩鐵釘連線的左方,C、D錯誤。(2)小車的速度應為橡皮筋對小車作用完畢時小車的速度,此時小車做勻速直線運動,故應選F~I段。速度大小v= m/s=0.76 m/s。答案:(1)A (2)F~I 0.766.某實驗小組的同學采用如圖7-6-11所示的裝置(實驗中,小車碰到制動裝置時,鉤碼尚未到達地面)用打點計時器得到一條紙帶后,通過分析小車位移與速度變化的關系來研究合力對小車所做的功與速度變化的關系。圖7-6-12是實驗中得到的一條紙帶,點O為紙帶上的起始點,A、B、C是紙帶上的三個連續的計數點,相鄰兩個計數點間均有4個點未畫出,用刻度尺測得A、B、C到O的距離如圖7-6-12所示。已知所用交變電源的頻率為50 Hz,則:圖7-6-11圖7-6-12(1)打B點時,小車的瞬時速度vB=________m/s。(結果保留兩位有效數字)(2)實驗中,該小組的同學畫出小車位移l與速度v的關系圖像如圖7-6-13所示。根據該圖線形狀,某同學對W與v的關系作出的猜想,肯定不正確的是________。(填寫選項字母代號)圖7-6-13A.W∝v2          B.W∝vC.W∝ D.W∝v3(3)本實驗中,若鉤碼下落高度為h1時,合力對小車所做的功為W0,則當鉤碼下落h2時,合力對小車所做的功為________。(用h1、h2、W0表示)解析:(1)vB== m/s=0.80 m/s。(2)由題圖知,位移與速度的關系圖像很像拋物線,所以可能l∝v2或l∝v3,又因為W=Fl,F恒定不變,故W∝v2或W∝v3,A、D正確,B、C錯誤。(3)設合力為F,由W0=Fh1,得F=,所以當鉤碼下落h2時W=Fh2=W0。答案:(1)0.80 (2)BC (3)W07.某同學在“探究功與物體速度變化的關系”實驗中,設計了如圖7-6-14甲所示的實驗。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。得到的紙帶如圖乙所示,O點為計時器打下的第1個點。該同學對數據進行了下列處理:取OA=AB=BC,并根據紙帶算出了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。根據以上數據你能否大致判定W∝v2?圖7-6-14解析:設由O到A的過程中,重力對重物所做的功為W,那么由O到B過程中,重力對重物所做的功為2W,由O到C的過程中,重力對重物所做的功為3W。由計算可知,vA2=1.44×10-2 m2/s2,vB2=2.89×10-2 m2/s2,vC2=4.41×10-2 m2/s2,≈2,≈3,即vB2≈2vA2,vC2≈3vA2。由以上數據可以判定W∝v2是正確的。也可以根據W-v2的圖線來判斷。答案:見解析
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