2020年高中物理学案(新人教必修二)7.6《实验：探究功与物体速度变化的关系》3.docx

班级_________ 组别_________ 座号_________ 姓名_________
一、试验目的
1.领悟探究功与物体速度变化的关系的试验设计思路。
2.能进行试验操作，会采集试验数据。
3.处理试验数据时查找W与v的关系的方法。

二、试验原理
让橡皮筋拉动小车运动一段位移，对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，计算出每次试验后小车的速度，最终分析每次做的功与速度的关系，总结出功与速度的关系。
三、试验器材
木板、小车、橡皮筋(若干)、铁钉、打点计时器(或电火花计时器)、电源、纸带、刻度尺等。
四、试验过程
1.试验步骤
(1)按图安装好试验仪器。
(2)平衡摩擦力：将安装有打
点计时器的长木板一端垫起，
纸带穿过打点计时器，不挂
橡皮筋，接通电源，轻推小
车，使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试验,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…同样的橡皮筋重复试验,并使橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同,测出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,尝试作出W-v,W-v2等图象,探究W、v的关系。
2.数据处理
(1)速度数值的获得：试验获得的是如图所示的纸带，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，应当在纸带上测量的物理量是图中A1、A3间的距离x,则小车速度的表达式为 其中T是打点计时器的振动周期。即选择相邻距离基本相等的若干点来计算小车匀速运动时的速度。

(2)计算与W、2W、3W…对应的v、v2、v3、 …等数值，填入下面表格。

W
vn
W
2W
3W
4W
5W
v

v2

v3

(3)逐一与W的每组数值对比，推断W与v的可能关系或分别摸索画出W与v、W与v2、W与v3、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
五、探究思考：
1.该试验中若不平衡摩擦力，纸带上的点会是什么样的？平衡摩擦力后，纸带上的点又会是什么样的？

2.纸带上的点距并不都是均匀的，应当选用哪些点距来确定小车的速度？为什么？

六、学问精讲与点拨
1.试验的留意事项
(1)平衡摩擦力
试验中的小车不行避开地要受到摩擦力的作用，我们争辩的是橡皮筋做的功与小车速度的关系，应设法排解摩擦力的影响，因此可接受将木板一端垫高的方法来做试验，将木板一端垫高，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就能消退摩擦力的影响。
(2)纸带的选择
应选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度，由于这一段是橡皮筋对小车做功完毕后的状况。
(3)不需要求出功的数值
本试验是利用橡皮筋伸长量的多少来表示拉力做功的大小的，故不需要求出做功的数值。(每条橡皮筋做的功大小相等)
(4)用图象处理数据
我们无法直接由一些数据得出规律性的结论，故需借助于图象分析，而最简洁想到的是W与v的关系，但依据得到的图象无法下结论，故再作W-v2 图象，进而得出结论。
2.试验的误差分析
(1)误差来源：
①没有完全平衡摩擦力对试验的影响。
②橡皮筋长度、粗细不一，使得拉力及拉力做的功与条数不成正比而带来误差。
③纸带上所打点的间距测量也会带来误差。
④描点不准带来误差。
课后达标·训练
1.橡皮筋释放后，关于小车的运动，下列说法正确的是( )
A.始终做匀速直线运动
B.先做匀加速直线运动，再做匀速直线运动
C.先做加速度减小的变加速直线运动，再做匀速直线运动
D.先做加速度增大的变加速直线运动，再做匀速直线运动
2.在“探究功与速度变化的关系”的试验中，我们并不需要测出橡皮筋做的功到底是多少，只需测出以后各次试验时橡皮筋对小车做的功是第一次试验的多少倍，使用的方法是( )
A.用同样的力对小车作用，让小车通过的距离为s、2s、3s…进行第1次，第2次，第3次…试验时，力对小车做的功就是W、2W、3W…
B.让小车通过相同的距离，第1次力为F、第2次力为2F，第3次力为3F…试验时，力对小车做的功就是W、2W、3W…
C.选用同样的橡皮筋，在试验中每次橡皮筋拉伸的长度保持全都，当用1条、2条、3条…同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第3次…试验时，橡皮筋对小车做的功就是W、2W、3W…
D.利用弹簧测力计测量对小车的拉力F，利用直尺测量小车在力的作用下移动的距离s，便可求出每次试验中力对小车做的功，可把握为W、2W、3W…
3.(2022·青岛高一检测)如图所示，在“探究功与速度变化的关系”的试验中，与小车相连足够长的且穿过打点计时器的一条纸带上的间距明显不均匀，右端间距小，左端间距大，下面的分析和推断正确的是( )
A.若左端与小车相连，可能平衡摩擦力时，木板倾斜度太大
B.若右端与小车相连，可能平衡摩擦力时，木板倾斜度太大
C.若左端与小车相连，可能小车有肯定的初速度，试验前遗忘平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力
D.若右端与小车相连，可能小车运动前遗忘或没有完全平衡摩擦力
4.在“探究功与速度变化的关系”的试验中，甲、乙两位同学的试验操作均正确。甲同学依据试验数据作出了功和速度的关系图线，即W-v图，如图甲所示，并由此图线得出“功与速度的平方肯定成正比”的结论。乙同学依据试验数据作出了功与速度平方的关系图线，即W-v2图，如图乙，并由此也得出“功与速度的平方肯定成正比”的结论。关于甲、乙两位同学的分析，你的评价是( )

A.甲的分析不正确，乙的分析正确
B.甲的分析正确，乙的分析不正确
C.甲和乙的分析都正确
D.甲和乙的分析都不正确
5.(2022·温州高一检测)某试验小组接受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。打点计时器的工作频率为50 Hz。

(1)试验中木板略微倾斜，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)试验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条…合并起来挂在小车的前端进行多次试验，每次都要把小车拉到同一位置再释放。把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1，其次次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W1…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。依据第四次的纸带(如图所示)求得小车获得的速度为________m/s。

(3)若依据多次测量数据画出的W-v图象如图所示，依据图线外形，可知对W与v的关系符合实际的是图_______。

6.质量为1 kg的重锤自由下落，通过打点计时器在纸带上记录运动过程，打点计时器接6 V、50 Hz的沟通电源，如图所示，纸带上O点为重锤自由下落时纸带打点的起点，选取的计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点(图中未画出)，各计数点与O点距离依次为31.4、70.6、125.4、195.9、282.1、383.8、501.2，单位为mm，重力加速度为9.8 m/s2，则

(1)求出B、C、D、E、F各点的速度并填入下表。
计数点
B
C
D
E
F
速度/m·s-1

(2)求出物体下落时从O点到图中各点过程中重力所做的功并填入下表。
计数点
B
C
D
E
F
功/J

(3)适当选择坐标轴，在图中找出重力做的功与速度的相关量之间的关系。 图中纵坐标表示_________，横坐标表示_________，由图可得重力所做的功与_________成_________关系。

答案解析
1.【解析】选C。由于事先已经平衡了摩擦力，故重力沿斜面的分力等于摩擦阻力。橡皮筋释放后，橡皮筋的形变量渐渐变小，故小车先做加速度减小的变加速直线运动；完全脱离橡皮筋后，小车做匀速直线运动。C正确。
2.【解析】选C。试验中每次橡皮筋拉伸的长度保持全都，就可以保证每根橡皮筋所产生的拉力相等，且每次试验时小车在力的方向上发生的位移相等，再通过转变橡皮筋条数进行试验，故C正确。
3.【解析】选B、C。若纸带左端与小车相连，从纸带间距可以推断小车做减速运动，小车有肯定初速度，减速缘由可能是遗忘或没有完全平衡摩擦力，C对，A错。若纸带右端与小车相连，小车始终做加速运动，说明可能平衡摩擦力时，倾角太大，B对，D错。
【总结提升】探究功与速度变化的关系试验的留意事项
(1)适度平衡小车受到的摩擦力；
(2)每次试验，小车都要从同一位置由静止开头运动；
(3)应选择粗细均匀，全都性好的橡皮筋；
(4)橡皮筋的拉伸长度要适度；
(5)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。
4.【解析】选A。图甲中W-v图象是曲线，不能说明功与速度的平方肯定成正比，图乙中W-v2图象是过原点的倾斜直线，说明功与速度的平方肯定成正比，故A正确。
5.【解析】(1)木板倾斜是为了消退摩擦力的影响，可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功，橡皮筋松弛后小车做匀速运动。
(2)小车的速度应从匀速运动部分取纸带，可得小车获得的速度为2.0 m/s。
(3)依据W=mv2，可知应选C。
答案：(1)C、D　　(2)2.0　　(3)C
6.【解题指南】解答本题应把握以下三点：
(1)中间时刻的瞬时速度等于平均速度。
(2)重力做功可用公式W=mgh求得。
(3)依据重力做功与速度的平方建立坐标系。
【解析】 (1)各点速度由公式求出
vB==1.18 m/s
同理：vC=1.57 m/s　　vD=1.96 m/s
vE=2.35 m/s　　vF=2.74 m/s
(2)重力做的功由W=mgΔx求出WB=mg·=0.69 J
同理：WC=1.23 J　WD=1.92 J　WE=2.76 J　WF=3.76 J
(3)图中纵坐标表示重力做的功WG，横坐标表示速度的平方v2，由图可得重力所做的功与速度的平方v2成正比关系。如图所示。

答案：(1)1.18　1.57　1.96　2.35　2.74
(2)0.69　1.23　1.92　2.76　3.76
(3)重力做的功　速度的平方　速度的平方　正比　图见解析

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