【物理】2018届人教版第5章实验7探究做功与物体速度变化的关系教案

【物理】2018届人教版第5章实验7探究做功与物体速度变化的关系教案

实验7　探究做功与物体速度变化的关系 ‎1．实验目的 ‎(1)通过实验探究合外力对物体做的功与物体速度变化的关系．‎ ‎(2)巩固打点计时器所打纸带上各点速度的测量方法和用图像法处理实验数据的方法．‎ ‎2．实验原理 ‎(1)不是直接测量对小车做的功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做的功W0、2W0、3W0….‎ ‎(2)由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出．这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据．‎ ‎(3)作出Wv和Wv2图线，分析图线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的关系．‎ ‎3．实验器材 小车(前面带小钩)、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线(使用电火花打点计时器不用学生电源)、5～6条等长的橡皮筋、刻度尺等．‎ ‎4．实验步骤 ‎(1)按如图1所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力．‎ 图1‎ ‎(2)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，设此时橡皮筋对小车做的功为W0，将这一组数据记入表格．‎ ‎(3)用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这样橡皮筋对小车做的功为2W0，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格．‎ ‎(4)用3条、4条…‎ 橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，将数据记入表格．‎ ‎1．数据处理 ‎(1)测量小车的速度：实验获得如图2所示的纸带，为探究橡皮筋做功和小车速度的关系，需要测量做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量是(用字母表示)：A1、A2间的距离x，小车速度的表达式是(用测量的物理量表示)v＝(T为打点计时器的打点时间间隔)．‎ 图2‎ ‎(2)实验数据记录 橡皮筋条数 位移x/m 时间t/s 速度v/(m·s－1)‎ 速度的平方v2/(m2·s－2)‎ ‎(3)实验数据处理及分析：在坐标纸上画出Wv和Wv2图线(“W”以一条橡皮筋做的功为单位)．‎ 图3‎ ‎(4)实验结论：从图象可知功与物体速度的关系：W∝v2.‎ ‎2．注意事项 ‎(1)平衡摩擦力：本实验中为排除摩擦力的影响，让橡皮筋做的功成为合外力做的功，可采用将木板一端垫高的方法，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就能消除摩擦力的影响．若不挂橡皮筋时，轻推一下小车，观察到打点计时器打出的纸带上点迹均匀，则说明已平衡掉摩擦力．‎ ‎(2)测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分，因为这一段是橡皮筋对小车做功结束时的情形．‎ ‎(3)橡皮筋的规格应一样，橡皮筋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，用2条、3条…橡皮筋进行第2次、第3次…实验时，每次实验时橡皮筋伸长的长度都应保持一致．‎ ‎(4)小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．‎ ‎3．误差分析 ‎(1)误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一致，使橡皮筋做功W与橡皮筋条数不成正比．‎ ‎(2)没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差．‎ ‎(3)利用打上点的纸带计算小车速度时，测量不准确会带来误差．‎ 一、实验原理与实验操作 ‎1.如图4所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，下列说法正确的是(　　)‎ 图4‎ A．为减小实验误差，长木板应水平放置 B．实验中需要算出橡皮筋做功的具体数值 C．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 D．小车在橡皮筋拉力作用下做匀加速直线运动，当橡皮筋恢复原长后，小车做匀速运动 C　[为使橡皮筋做的功作为合力的功，必须平衡摩擦力，故A错；本实验用W的整数倍来进行研究，故B错，C正确；橡皮筋的力是变力，小车在橡皮筋拉力作用下做的不是匀加速直线运动，故D错．]‎ ‎2．如图5所示，某组同学在做“探究功与速度变化的关系”‎ 实验时，他们将轨道的一端垫得很高，并让小车从图示位置由静止释放．请指出其中的两处错误(或不妥)：(1)________________________；(2)________________________．‎ 图5‎ ‎【解析】　释放小车时离打点计时器太远，会使纸带上打出点太少．电磁打点计时器应接4～6 V交流电．‎ ‎【答案】　(1)释放小车时离打点计时器太远　(2)用了学生电源的稳压挡 ‎3．(2016·东阳学考模拟)用如图6所示的装置做“探究做功与物体速度变化的关系”的实验时，下列说法正确的是________．‎ 图6‎ A．为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动 B．每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样 C．可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值 D．可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值 E．实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源 F．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 G．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 ABCF　[当小车拉着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，重力沿长木板方向的分力大小等于摩擦力，即在实验中可消除摩擦力的影响，A正确；由实验原理可知，B、C正确，D错误；使用打点计时器时都必须先接通电源再释放小车，E错误；橡皮筋拉力做的总功等于小车动能的增加，此动能应为小车获得的最大动能，所以用打点计时器打下的纸带测定的是小车的最大速度，F正确，G错误．]‎ 二、实验数据处理与误差分析 ‎4．某同学在实验室用如图7甲所示的装置来研究有关做功的问题．‎ 图7‎ ‎(1)如图甲所示，在保持M>‎7m条件下，可以认为绳对小车的拉力近似等于砂和砂桶的总重力，在控制小车质量不变的情况下进行实验．在实验中，该同学先接通打点计时器的电源，再放开纸带，已知交流电的频率为50 Hz.图乙是在m＝‎100 g、M＝‎1 kg情况下打出的一条纸带，O为起点，A、B、C为过程中3个相邻的计数点，相邻的计数点之间有4个点没有标出，有关数据如图乙所示，则打B点时小车的动能Ek＝________ J，从开始运动到打B点时，绳的拉力对小车做的功W＝________ J．(保留2位有效数字，g取‎9.8 m/s2)‎ ‎(2)在第(1)问中，绳的拉力对小车做的功W大于小车获得的动能Ek，请你举出导致这一结果的主要原因：_________________________________________‎ ‎________________.(写出一种即可) 【导学号：81370220】‎ ‎【解析】　(1)小车拖动纸带做匀加速直线运动，B为AC的中间时刻，由匀变速直线运动的规律可得vB＝AC＝，其中xAC＝OC－OA＝19.95 cm，T＝5×0.02 s＝0.1 s，代入可求得vB＝0.997 5 m/s，所以在B点小车的动能Ek＝Mv≈0.50 J．绳的拉力近似等于砂和砂桶的总重力，所以绳的拉力对小车做的功W＝mgxOB≈0.51 J.‎ ‎(2)若摩擦力没有完全抵消，小车所受合外力的功还应包含摩擦力做的负功，故拉力的功大于动能的增量；若砂与砂桶的重力不满足“远小于小车的重力”的条件，则砂和砂桶的重力大于绳的拉力，若把砂和砂桶的重力近似为拉力，导致拉力做的功大于动能增量．‎ ‎【答案】　‎ ‎(1)0.50　0.51　(2)摩擦没有完全抵消；砂与砂桶的重力大于绳的拉力(写出一种即可)‎ ‎5．(2017·乐清模拟)某实验小组利用拉力传感器和速度传感器来探究做功与物体速度变化的关系．如图8所示，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，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平桌面上相距‎50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小．小车中可以放置砝码．‎ 图8‎ ‎(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；正确连接所需装置．‎ ‎②将小车停在C点，接通电源，________，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)如表所示是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|v－v|是两个速度传感器所记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔEk，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功．表格中的ΔEk3＝________J，W3＝________ J．(结果保留三位有效数字)‎ 数据记录表 次数 M/kg ‎|v－v|/(m/s)2‎ ΔEk/J F/N W/J ‎1‎ ‎0.500‎ ‎0.760‎ ‎0.190‎ ‎0.400‎ ‎0.200‎ ‎2‎ ‎0.500‎ ‎1.650‎ ‎0.413‎ ‎0.840‎ ‎0.420‎ ‎3‎ ‎0.500‎ ‎2.400‎ ΔEk3‎ ‎1.220‎ W3‎ ‎4‎ ‎1.000‎ ‎2.400‎ ‎1.200‎ ‎2.420‎ ‎1.210‎ ‎5‎ ‎1.000‎ ‎2.840‎ ‎1.420‎ ‎2.860‎ ‎1.430‎ ‎(3)根据表中数据在图9中做出ΔEkW图线．‎ 图9‎ ‎【解析】　(2)ΔEk3＝M|v－v|＝×0.500×2.40 J＝0.600 J W3＝F3·LAB＝1.220×0.500 J＝0.610 J.‎ ‎(3)如图所示 ‎【答案】　(1)①小车　②然后释放小车　③减少砝码　　(2)0.600　0.610　(3)见解析图