探究动能定理课堂导学案

1、第五章 第 6 讲 探究动能定理预习案班级 姓名学号 面批时间一、实验目的(1) 探究外力对物体做功与物体速度的关系。(2) 会用图像法处理实验数据，通过对实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的关系。二、实验原理(1) 采用如图所示装置， 让小车在橡皮筋作用下弹出， 使小车获得速度后沿木板匀速滑行。 当用一条橡皮筋弹出时对小车做的功记为W，则用两条、三条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2 次、第 3 次实验，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放时，实验中橡皮筋对小车做的功就是2W、3W (2) 由于橡皮筋每次实验做的功使小车获得的速度可根据打点计时器打出的纸带得到。当得出若 干组功和速度的数据后，以

2、橡皮筋对小车做的功W为纵坐标，分别以小车获得的速度v、 v实验数据的分析 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 ) 。实验结论：由图像可知功与物体速度变化的关系为W v2。为横坐标，以第 1 次实验时的功 W为单位， 用描点法分别作出 W v、Wv=曲线，分析曲线， 得出橡皮筋对小车做的功与小车速度的定量关系。三、实验器材小车 (前面带小钩 ) 、砝码、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 计时器不用学生电源 ) 、 5 6条等长的橡皮筋、刻度尺。四、实验步骤(1) 按图中所示将实验仪器安装好。(2

3、) 平衡摩擦力：在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至 小车上不挂橡皮筋时，纸带打出的点间距均匀，即小车能匀速运动为止。(3) 分别用 1条、2条、3条、4 条橡皮筋做实验， 实验中橡皮筋拉伸的长度都与第一次相同。 这时橡皮筋对小车做的功分别为W、 2W、3W，标记好每次实验得到的纸带。五、数据处理测量小车的速度： 实验获得如图所示的纸带， 为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系， 需要测 量弹力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 (

4、T 为打点 计时器的时间间隔 ) 把实验中得到的纸带分别用同样的方法处理得到小车的速度，并运算速度 的平方，实验数据记录在表格中。六、注意事项(1) 平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。方法 是轻推小车， 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， 找到木板一个 合适的倾角。(2) 测小车速度时，应选纸带上点距均匀的部分，也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点。(3) 橡皮筋应选规格一样的且每次拉伸长度一样。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。七、误差分析(1) 误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡

5、皮筋的拉力做的功W与橡皮筋的条数不成正比。(2) 没有完全平衡摩擦力 (倾角小)或平衡摩擦力过度 (倾角过大 )也会造成误差。(3) 利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准确带来误差。思考与讨论1. 如何平衡摩擦力，平衡到什么程度，如何验证？2. 如何做到每根橡皮筋所做的功都相等？3. 思考纸带上打点的分布情况，如何计算小车的末速度？4. 如何通过图象处理数据？预习自测1. 在“探究功与速度变化的关系”的实验中，若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动， 当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是( ) A橡皮筋处于原长状态B橡皮筋仍处于伸长状态C小车在两个

6、铁钉的连线处D小车已过两个铁钉的连线2. 关于“探究功与速度变化的关系”的实验中，在正确操作情况下，打在纸带上的点，并不都 是均匀的， 为了测量小车获得的速度， 应选用纸带的 部分进行测量 (根据如图所示的纸带 回答)第五章 第 6 讲 探究动能定理探究案一、实验原理及操作注意事项例 1关于“探究功与速度变化的关系”的实验中，下列叙述正确的是 ( )A 每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B 每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C 放小车的长木板应该尽量使其水平D 先接通打点计时器电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出、实验数据的处理及误差分析 例 2 某实验小组采用如图所示的装

7、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 W1，第二次挂 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 根据第

8、四次的纸带 ( 如图所示 )求得小车获得的速度为 m/s.可知对 W与 v 的关系作出的.如图所示，他们将拉力传感用拉力传感器记录小车受(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， 猜想肯定不正确的是 AW vB Wv1C W v2 D Wv3(4) 如果 Wv2的猜想是正确的，则画出的 Wv2 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 )三、其它案例设计例 3 某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理” 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， 到拉力的大小 . 在水平桌面上相距 50.0

9、 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 .(1) 实验主要步骤如下：名师精编 优秀教案测量 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 .将小车停在 C 点， _ A、B 时的速度 .在小车中增加砝码或 ，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过_ ，重复的操作 .(2) 下列表格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 22-v 12|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

10、在 A、B 间所做的功 . 表格中的 E3=，W3=.( 结果保留三位有效数字 )(3) 根据表格，请在图中的方格纸上作出 E-W图线 . 由图线可得到的结论规律总结：第五章 第 6 讲 探究动能定理拓展案1在用图所示装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时，下列说法正确的是A本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。 当用 1 条橡皮筋进行实验时， 橡皮筋对小车 做的功为 W，用 2条、 3条橡皮筋并在一起进行第 2 次、第 3 次实验时，橡皮筋对小车 做的功分别是 2W、 3W B小车运动中会受到阻力，补偿

11、的方法：可以使木板适当倾斜。C某同学在一次实验中得到一条记录纸带。纸带上打出的点，两端密、中间疏。出现这种情况 的原因可能是没有使木板倾斜或倾角太小。D根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法是以纸带上第一点到最后一点的距离来 进行计算。2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

12、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3. 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4某探究学习小组的同学们欲探究“恒力做功与物体动能变化的关系”，他们在实验室组装了 一套如图所示的装置。(1) 该学习小组的同学想用砂和砂桶的重力作为滑块受到的合外力， 探究滑块所受合外

13、力做 功与滑块动能变化的关系。 为了实现这个想法， 该小组成员提出了以下实验措施， 你认为有效的 有。名师精编 优秀教案A保持砂和砂桶的质量远大于滑块的质量B保持砂和砂桶的质量远小于滑块的质量C保持长木板水平D把长木板的左端垫起适当的高度以平衡摩擦力E调整滑轮的高度使细线与长木板平行(2) 如图为实验中打出的一条纸带， 现选取纸带中的 B、K 两点来探究滑块所受合外力做功与 滑块动能变化的关系。已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为 g。在本实验中需要测量的物理量有：砂和砂桶的质量 m1、滑块的质量 m2，A、C间的距离 s1，J、L 间的距离 s2，B、K间 的距离 s。本实验探究结果的

14、表达式为 _ 。( 用测量物理量相应的字母表示 )5. 某实验小组采用下图所示的装置探究“动能定理”，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，打点计时器工作频率为 50 Hz.(1) 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 .(2) 如图是钩码质量为 0.03 kg、砝码质量为 0.02 kg 时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点 O 及 A、B、C、D.和 E五个计

15、数点，可获得各计数点到 O的距离 S 及对应时刻小车的瞬时速度 v, 请将 C点的测量结果填在表 1 中的相应位置 .(3) 在小车的运动过程中， 对于钩码、砝码和小车组成的系统， 做正功，做负功 .(4) 实验小组根据实验数据绘出了图中的图线(其中v2=v2-v 02) ,根据图线可获得的结论是. 要验证“动能定理”，还需测量的物理量是摩擦力和表 1 纸带的结果测量点S/cmv/(m ·s-1 )O0.000.35A1.510.40B3.200.45CD.7.150.54E9.410.60,查资料得知 ,弹簧的弹性势能 Ep=1 kx2, 其中 k2是弹簧的劲度系数 ,x 是弹簧长

16、度的变化量某同学就设想用压缩的弹簧推静止的小球( 质量为 m)运动来探究这一问题 .为了研究方便 , 把小铁球放在水平桌面上做实验 , 让小铁球在弹力作用下运动 , 即只有弹簧推力做 功.该同学设计实验如下 :首先进行如图甲所示的实验 :将轻质弹簧竖直挂起来 ,在弹簧的另一端挂上小铁球 , 静止时测得弹 簧的伸长量为 d.在此步骤中 ,目的是要确定物理量 , 用 m、d、g 表示为.接着进行如图乙所示的实验 : 将这根弹簧水平放在桌面上 ,一端固定 ,另一端被小铁球压缩 , 测得 压缩量为 x,释放弹簧后 ,小铁球被推出去 , 从高为 h的水平桌面上抛出 ,小铁球在空中运动的水平 距离为 L.

17、小铁球的初动能 Ek1=.小铁球的末动能 Ek2=.(用 m、 h、 L、 g 表示)弹簧对小铁球做的功 W= .(用 m、x、d、g 表示 )对比 W和 Ek2-Ek1就可以得出 “外力做功与物体动能变化的关系” ,即在实验误差允许范围内 , 外力 所做的功等于物体动能的变化 .第五章 第 6 讲 探究动能定理答案思考与讨论1. 让木板有一微小的倾角，使重力沿斜面向下的分力等于摩擦力，轻推小车可使之匀速运动2. 使橡皮筋完全相同，且伸长量也一样3. 打点之间的距离先增大后不变，通过不变的点迹间距求末速度4. 将图像做成直线，有利于判断物理量之间的关系 预习检测： 1.B 2.GK探究案例1

18、D例 2 解析： (1) 使木板稍微倾斜的目的是平衡摩擦力，使得橡皮筋松动后小车能够做匀速运动， 故选项 C、 D正确(2) 由纸带后半部分两点间距离相同，可知小车开始做匀速运动，可求得：x 0.04 mv T 0.02 s 2 m/s(3) 由 Wv 图象可知，随速度增大， W变化率增大，故选项 A、 B是不可能的名师精编 优秀教案(4) 若 W v2，由函数关系可知 W v2图象应该是过原点的直线(5) 影响实验效果的因素很多，例如：橡皮筋规格不完全相同、小车质量太小、木板倾斜过大或 过小、每次实验不能让小车从同一位置由静止开始释放等等例 3解析： (1) 在实验过程中拉力对小车和传感器做

19、功使小车和传感器的动能增加，所以需要 测量小车和传感器的总质量； 释放小车； 通过控制变量法只改变小车的质量或只改变拉力大 小得出不同的数据； (2) 通过拉力传感器的示数和 AB长用 WFL 可计算拉力做的功； (3) 利用图 象法处理数据，可知 W与 E 成正比，作图用描点法(3) 见解析拓展案1. 解析：放开小车之后，小车在橡皮筋的作用下开始加速运动，等到橡皮筋与小车分离之后，小 车做匀速直线运动。 本实验中测的速度是小车匀速运动的速度， 而不是整个过程的平均速度， 因 此研究纸带上打下的点一定是那些均匀分布的点。 D 错答案： ABC2. 解析：在本题的实验中， 由于小车在运动中受到阻力 ( 摩擦力和纸带的阻力 ) ，所以要使长木板 适当倾斜， 以平衡小车运动过程中受到的阻力， 重复实验时， 为了使橡皮筋对小车所做的功与它 的条数成正比， 所以用到橡皮筋的条数虽然不同， 但每次应使橡皮筋