探究做功与速度的关系 导学案

探究功与速度变化的关系导学案实验目的1．通过实验探究力对物体做功与物体速度变化的关系．2．体会探究过程和所用的方法．实验原理让橡皮筋拉动小车做功使小车的速度增加，使拉小车的橡皮筋的条数由1条变为2条、3条……则橡皮筋对小车做的功为W、2W、3W、……通过对打点计时器所打纸带的测量计算出每次实验结束时小车的速度，最后分析每次做的功与速度的关系，总结出功与速度的关系．实验器材木板、橡皮筋(若干)、小车、打点计时器、低压交流电源、纸带、刻度尺等．实验步骤1．按如图7-6-1所示安装好实验仪器．图7-6-12．平衡摩擦力：将安装有打点计时器的长木板的一端垫起，纸带穿过打点计时器，不挂橡皮筋，接通电源，轻推小车，打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点．3．第一次先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋弹力对小车做功为W，并将得到的数据记入表格．4．换用2条、3条、4条……同样的橡皮筋做实验，并使橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，测出速度为v2、v3、v4、……橡皮筋对小车做功分别为2W、3W、4W、……将数据记入表格．5．分析数据，尝试做W－v、W－v2等图象，探究W、v的关系．数据处理1．速度数值的获得：实验获得的是如图7-6-2所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功与小车速度的关系，需要测量的是弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度．所以，应该在纸带上测量的物理量是图中A1、A3间的距离x，小车此时速度的表达式为v＝x2T，其中T是打点计时器的打点周期．即选择相邻距离基本相同的若干点A1、A2、A3、……来计算小车匀速运动时的速度．图7-6-22．计算小车做的功分别为W、2W、3W、……时对应的v、v2、v3、v、……的数值，填入表格.3.逐一与W W 与v、W与v2、W与v3、W与v间关系的图象，找出哪一组的图象是直线，从而确定功与速度的正确关系．误差分析1．平衡摩擦力的方法：将木板一端垫高，轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到木板的一个合适的倾角．2．测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动的．3．橡皮筋应选规格一样的，力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值．4．每次释放小车时，都要让它从同一位置由静止开始运动．5．小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．6．使小车挂住橡皮筋的中点，放正小车，使小车沿木板的中间线运动．实验探究数据分析1．用图象处理数据，比直接寻找W和v的关系更形象、直观．2．画图线时应画成平滑的曲线，不能连成折线；在画直线时尽可能使点落在直线上，不能落在直线上的点应均匀分布在直线的两侧．规律小结当堂检测用如图7-6-3所示的装置，探究功与物体速度变化的关系．实验时，先适当垫高木板，然后由静止释放小车，小车在橡皮筋弹力的作用下被弹出，沿木板滑行．小车滑行过程中带动通过打点计时器的纸带，记录其运动情况．观察发现纸带前面部分点迹疏密不匀，后面部分点迹比较均匀，回答下列问题：图7-6-3(1)适当垫高木板是为了_______________________．(2)通过纸带求小车速度时，应使用纸带的________(选填“全部”“前面部分”或“后面部分”)．(3)若实验做了n次，所用橡皮筋分别为1根、2根…n根，通过纸带求出小车的速度分别为v1、v2…v n，用W表示橡皮筋对小车所做的功，作出的W-v2图线是一条过坐标原点的直线，这说明W 与v的关系是___________________________________________________________________________.【巩固练习】1、在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中,某实验小组采用如图11所示的实验装置和实验器材.(1)为了用细线的拉力表示小车受到的合外力,可以改变木板的倾角,使重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力.简要说明你平衡摩擦力的实验判断方法：-----------------------------------------------------------------(2)用沙和沙桶的重力大小来表示小车受到的合外力,必须满足的条件是----------------------------------------(3)除实验装置中的仪器外,还需要的测量仪器有--------------------------------2.某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”。

如图12，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录通过A、B时的速度大小。

小车中可以放置砝码。

（1）实验主要步骤如下：①测量__________和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路；②将小车停在C 点，________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过 A 、B 时的速度。

③在小车中增加砝码，或___________，重复②的操作。

（2）表1是他们测得的一组数据，其中M 是M 1与小车中砝码质量之和，2221v v -是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量E ∆，F 是拉力传感器 受到的拉力，W 是F 在A 、B 间所作的功。

表格中的ΔE 3＝_________，W 3＝________。

（结果保留三位有效数字）（3）根据表1，请在图13中的方格纸上作出E W ∆-图线3．在用图所示装置做“探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是( )A ．通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值B ．通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值C ．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速 过程中获得的最大速度D ．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度4．在“探究动能定理”的实验中，某同学是用下面的方法和器材进行实验的：放在长木板的小车，由静止开始在几条完全相同的橡皮筋的作用下沿木板运动，小车拉动固定在它上面的纸带，纸带穿过打点计时器．关于这一实验，下列说法中正确的是( ) A ．长木板要适当倾斜，以平衡小车运动中受到的阻力B ．重复实验时，虽然用到橡皮筋的条数不同，但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同C ．利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点最密集的部分进行计算D ．利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点最稀疏的部分进行计算5．如图所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，关于橡皮筋做的功，下列说法中正确的是( )A ．橡皮筋做的功可以直接测量B ．通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功 成整数倍增加C ．橡皮筋在小车运动的全程中始终做功D ．把橡皮筋拉伸为原来的两倍，橡皮筋做功也 增加为原来的两倍6.某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行．打点计时器工作频率为50 Hz.(1)实验中木板略微倾斜，这样做________； A ．是为了使释放小车后，小车能匀加速下滑 B ．是为了增大小车下滑的加速度C ．可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功D ．可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动(2)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条…… 并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要 把小车拉到同一位置再释放小车．把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W 1，第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W 1，……；橡皮筋对小车做功后而使小车获得的速度可由打点计时 器打出的纸带测出．根据第四次的纸带(如图5－4－8所示)求得小车获得的速度 为________ m/s.(3)若根据多次测量数据画出的W －v 草图如图所示，根据图线形状，可知对W 与v 的关系作出的猜想肯定不正确的是________．A ．W ∝vB ．W ∝1v C ．W ∝v 2 D ．W ∝v 3(4)如果W ∝v 2的猜想是正确的，则画出的W －v 2图象应是________________________________________________________________________； (5)在本实验中你认为影响实验效果的可能原因是____________________________________________________(只要回答出一种原因即可)【动能定理的验证】1、实验原理：沙桶和沙子的重力视为小车受到的合外力；合外力对小车做的功：mgS 车小车动能的改变量： 验证合外力做的功是不是等于小车动能的改变量2.、需要测量的物理量：沙和沙桶的质量；车的质量；算车的速度和位移； 3、要注意的问题：怎么平衡摩擦力？有两个不一样的质量在里面，所以不能抵消掉。

怎么去处理纸带上面的点。

4、实验示意图如图：例题1．某探究学习小组的同学欲验证动能定理，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态．2122Mv 21Mv 21(1)你认为还需要的实验器材有____________．(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是__________________________，实验时首先要做的步骤是________________．(3)在(2)的基础上，某同学用天平称量滑块的质量为M.往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量为m.让沙桶带动滑块加速运动．用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1＜v2)．则本实验最终要验证的数学表达式为______________．(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)例2．某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：①安装好实验装置如图所示．②将质量为200 g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车．③在质量为10 g、30 g、50 g的三种钩码中，他挑选了一个质量为50 g的钩码挂在拉线的挂钩P 上．④释放小车，打开电磁打点计时器的电源，打出一条纸带．(1)在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条．经测量、计算，得到如下数据：①第一个点到第N个点的距离为40.0 cm.②打下第N点时小车的速度大小为1.00 m/s.该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力，算出：拉力对小车做的功为________ J，小车动能的增量为________ J.(2)此次实验探究结果，他没能得到“恒力对物体做的功，等于物体动能的增量”，且误差很大．显然，在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素．请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下，造成较大误差的主要原因是______________________例3、某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：①按图（a）摆好实验装置，其中小车质量M=0．20kg，钩码总质量m=0．05kg．②释放小车，然后接通打点计时器的电源（电源频率为f=50Hz），打出一条纸带．（1）他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，如图（b ）所示．把打下的第一点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为m d m d m d 167.0055.00041.0321===，，，4560.256,0.360,0.480d m d m d m ===…，他把钩码重力（当地重力加速度g=9．8m ／s 2）作为小车所受合力算出打下0点到打下第5点合力做功W=J （结果保留三位有效数字），把打下第5点时小车动能作为小车动能的改变量，算得E k =．（结果保留三位有效数字）（2）此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功，等于物体动能的增量”，且误差很大。