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7-6-1

2．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＝x

2T，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7-6-2

2．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，22

21v 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