76实验：探究功与速度变化的关系

7 6 实验 探究功与速度变化的关系 学习目标 1 会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度2 学习利用物理图像探究功与物体速度变化的关系3 通过用纸带与打点计时器来探究功与速度的关系 体验知识的探究过程和物理学的研究方法 参考案例一 问题1 探究思路 参考案例一 重物的重力与小车所受绳的拉力大小相等吗 不相等 重物加速下落 绳对重物的拉力小于重物的重力 而绳对重物的拉力与绳对小车的拉力大小相等 问题2在什么情况下可以近似用物体的重量G代表小车受到的拉力F 当小车的质量比重物质量大很多 M m 时 小车 F Ma 重物 G F ma 消去加速度 得到牵引力F和物重G的关系 问题3 测量绳的拉力做的功还是合力所做的功 使物体的动能发生变化的原因是合力对物体做功 所以应该测量合力所做的功 问题4 绳的拉力是否就是小车所受到的合力 木板对小车不可避免存在摩擦阻力 所以绳的拉力不是小车所受到的合力 问题5 怎样改进实验使绳的拉力就等于小车所受到的合力 可以使木板略微倾斜 作为补偿 其原理是利用重力的下滑分力来与摩擦力相平衡 把木板的一端垫高 使重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡 小车在木板上运动时会受到阻力 可以使木板略微倾斜 作为补偿 木板应该倾斜到什么程度 怎样进行调整 在木板的一端加上垫片 使木板倾斜 将固定有纸带的小车放在木板上 接通电源 然后轻推小车 根据纸带上点迹的间距是否相同来判断木板的倾斜程度是否合适 若点迹的间距不均匀 则要改变垫片的厚度 继续调整 直到点迹的间距相同为止 若点迹越来越稀疏 应该增大还是减小垫片的厚度 应该减小垫片的厚度 问题6 怎样处理纸带得到功与速度的几组数据 选取离第一个点距离适当远的几个点 测出它距第一个点的距离 位移 小车做匀加速直线运动 利用推论 V中时 V平 计算打下该点时的瞬时速度 在本实验中 小车在运动中会受到阻力作用 这样 在小车沿木板滑行的过程中 除绳的拉力对其做功以外 还有阻力做功 这样便会给实验带来误差 我们在实验中想到的办法是 使木板略微倾斜 对于木板的倾斜程度 下面说法正确的是A 木板只要稍微倾斜一些即可 没有什么严格的要求B 木板的倾斜程度在理论上应满足下列条件 即重力使物体沿斜面下滑的分力应等于小车受到的阻力C 如果小车不受拉力时在滑行的木板上能做匀速运动 这木板的倾斜程度是符合要求的D 其实木板不倾斜 问题也不大 因为实验总是存在误差的 BC 某探究学习小组的同学欲探究功与速度变化的关系 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 若你是小组中的一位成员 要完成该项实验 则 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和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 天平 刻度尺 沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量 平衡摩擦力 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 图中小车中可放置砝码 实验中 小车碰到制动装置时 钩码尚未到达地面 打点针时器工作频率为50Hz 实验的部分步骤如下 在小车中放入砝码 把纸带穿过打点计时器 连在小车后端 用细线连接小车和钩码 将小车停在打点计时器附近 小车拖动纸带 打点计时器在纸带上打下一列点 改变钩码或小车中砝码的数量 更换纸带 重复 的操作 接通电源 释放小车 断开开关 4 在课本实验中 小车会受到阻力 但可使木板倾斜作为补偿 则下列操作正确的是 A 放开小车 能够自由下滑即可B 放开小车 能够匀速下滑即可C 放开拖着纸带的小车 能够自由下滑即可D 放开拖着纸带的小车 能够匀速下滑即可 D 参考案例二 实验 探究做功与小车速度变化的关系 实验器材 橡皮筋 小车 木板 打点计时器 铁钉等 橡皮筋 小车 打点计时器 纸带 木板 铁钉 探究的器材 探究的思路 1 测量橡皮筋对小车做的功W2 测量由于橡皮筋做功而使小车获得的速度v3 数据处理 寻找W与v的关系 探究的技巧 1 测量橡皮筋对小车做的功W问题 探究过程中 我们是否需要测出橡皮筋做功的具体数值 措施 设法让橡皮筋每次对小车做的功分别为W 2W 3W 不需要 解决方案 第一次用一条橡皮筋拉小车 第二次用两条完全相同的橡皮筋并联起来栓到小车上拉小车 且使每条橡皮筋的伸长都和第一次的伸长量一样 做功W 做功2W 依次类推 并联三条 四条 橡皮筋 且拉伸的长度都一样 做的功为3W 4W 问题 每次实验中橡皮筋拉伸的长度有什么要求 相同 请你思考 怎样选择橡皮筋比较好呢 思路导引 要选择粗细差不多 弹性也比较一致的橡皮筋为好 如何使拉力做的功等于合力做的功 即如何抵消摩擦力 思考 橡皮筋对小车做的功是合力做的功吗 把木板的一端垫高 使重力沿斜面向下的力与摩擦力平衡 还有摩擦力做功 2 测量由于橡皮筋做功而使小车获得的速度v问题 如何测量小车的速度 利用打点计时器打出的纸带问题 纸带上打出的点并不都是均匀的 应该采用那些点来计算小车的速度 为什么 取点迹清晰且间距均匀的部分 4 在上述实验中打出的5条纸带中 分别找出小车开始近似做匀速运动的点 并分别测出匀速运动时的速度v1 v2 v3 v4 v5 3 用2条 3条 4条 5条橡皮筋分别代替1条橡皮筋重做实验 保证每次释放小车的位置相同 即橡皮筋被拉长的长度相同 1 将打点计时器固定在一块平板上 让纸带的一端夹在小车后端 另一端穿过打点计时器 将平板安装有打点计时器的一端适当垫高 调整高度 直至轻推小车后使小车恰能在板上做匀速直线运动为止 2 将橡皮筋固定在小车前端 拉长橡皮筋使小车位于靠近打点计时器处 记下小车位置 接通打点计时器电源 释放小车 实验过程 CBA 数据记录 4W W 2W 3W 5W 弹力做功刚完毕时小车的速度 用什么方法处理数据比较直观 图象法 图象法处理数据 做W v图 若为曲线 若为直线 则W与v成正比 做W v2图 若为曲线 若为直线 则W与v2成正比 做W v3图 数据处理 W v图 为什么图象会通过原点 W v2图 数据处理 表明W与v2成正比 注意事项 1 橡皮筋的选择选择粗细