2017教科版高中物理必修二4.4.2《研究合外力做功和动能变化的关系》word学案

1、2017 教科版高中物理必修二 4导学目标 1.会用打点计时器打下的纸带运算物体运动的速度.2.学习利用物理图象研究功与物体动能变化的关系.3.通过纸带与打点计时器来探究功与动能变化的关系，体验探究过程和物理学的研究方法一、实验原理和实验操作1 实验目的 (1)通过实验探究力对物体做的功与物体动能变化的关系(2)体会探究的过程和所用的方法2实验原理(1)如图 1 所示要研究合外力做功与物体动能变化的关系即探究细线拉力对小车做的功与小车动能改变的关系，需要测量不同的力在不同过程中 做功时，对应物体动能的变化量图1(2)在砝码和小盘总质量m 远小于小车质量M 的情形下， 可认为小车受到的拉力为F=

2、 mg.以拉力对小车做的功 W为纵坐标，小车获得的速度的平 方 v2 为横坐标， 作出 W v2 曲线， 从图线能够得出 W 与 v2 的关系， 从而 判定恒力做功与物体动能改变的关系3实验器材长木板(一端附有滑轮)、小车、小盘、砝码若干、打点计时器、纸带、复写纸片、刻度尺、细线4实验过程(1)如图 1 所示，把纸带的一端固定在小车后面，另一端穿过打点计时器，改变木板的倾角，以小车重力的一个分力平稳小车及纸带受到的摩擦力，使小车能做匀速运动(2)把细绳系在小车内并绕过定滑轮，悬挂小盘，在小盘里放入适量砝码，使小车的质量远大于砝码和小盘的总质量，小车在细线的拉力作用下做匀加速运动.由于祛码和小盘

3、质量专门小，可认为小车所受拉力F的大小等于祛码和小盘所受重力的大小.(3)接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带 上打下一系列点.(4)重复以上实验，选择一条点迹清晰的纸带进行数据分析，由纸带能 够找到位移和时刻的信息，由祛码和小盘的质量能够明白小车所受的恒 力.(小车质量已知)(5)由实验数据得出结论.二、数据处理、误差分析和实验注意的咨询题1.数据处理：(1)纸带数据的处理，如图2所示的纸带上，(n 1)点、n点、(n+1)点, 到第一点的距离分别是 dn1、dn、dn+1,则n点速度 vn = dn土彳"一1图2(2)实验的数据处理运算各数据中v2和相应的外

4、力做功W的数值填入下表.数、编物一、J123456速度 v2/(m2 s 2)1外力做功W/J利用坐标方格纸，将各组数据在坐标纸上标出，然后作出W-v2图线.如图作出的图线是一条直线，讲明外力做功W与物体速度的平方v2成正比，即W v2.2 .误差分析实验中我们把拉力对小车做的功与祛码和小盘总重力所做的功认为是 一样的，但实际上二者并不相同，这是因为祛码和小盘总重力与绳的拉力 是不一样的.设祛码和小盘总质量为 m,小车质量为M,实验中祛码和小盘与小车 具有相同的加速度，按照牛顿第二定律可得：a= ；T=-mg即：T =MM M +mmg M + m ”可见，T比mg要小，这正是造成实验误差的要

5、紧缘故.然而当 m M 时，MMm=1,现在T=mg,由此可见，要想减小误差，就应当尽量使 M 远大于m,也确实是让小车的质量远大于祛码和小盘总质量.3 .注意的咨询题实验中应注意：(1)平稳摩擦.当我们用一个恒力对物体做功时，应当 设法排除其他力的阻碍，如本实验中用祛码和小盘的重力对小车提供恒定 拉力，研究那个拉力做功与小车动能改变的关系，小车和纸带在运动中受 的阻力就要排除.因为阻力不可幸免，实际实验中是采纳把木板的一端垫 高，用小车重力的分力和阻力平稳的方法来等效排除阻力.(2)尽量减小小车的加速度.因为祛码和小盘拉着小车加速运动时，祛 码和小盘处于失重状态，小车受的拉力小于祛码和小盘重

6、力.为减小这一 系统误差，应使小车的加速度尽量小，也确实是实验中必须满足祛码和小 盘的质量远小于小车的质量.例1你能按照图3的实验装置，设计出探 究恒力做功与动能改变的关系的方案吗？例2科学规律的发觉离不开科学探究，而科学探究能够分为理论探究和实验探究下面我们查找科学家的研究足迹用实验方法探究恒力做功和物体动能变化间的关系图4(1)某同学的实验方案如图 4 甲所示，他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为在实验中还应该采取的两项措施是：(2)如图乙所示是某次实验中得到的一条纸带，其中 A 、 B 、 C、 D 、 E、F 是计数点， 相邻计数点间的时刻间隔为

7、 T ， 距离如图乙所示， 则打 C 点时 小车的速度为 ；要验证合外力做的功与小车动能变化间的关系，除位移、速度外、还要测出的物理量有例3 某同学在“探究功与物体动能变化的关系”的实验中，设计了如图 5 甲所示的实验将纸带固定在重物上，让纸带穿过电火花打点计时器或电磁打点计时器，先用手提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地点，然后接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点，得到的纸带如图乙所示， O 点为计时器打下的第1个点，该同学对数据进行了下列处理：取 OA = AB = BC,并 按照纸带算出了 A、B、C三点的速度分别为vA = 0.12 m/s, vB = 0

8、.17 m/ s, vC = 0.21 m/s.按照以上数据你能否大致判定 W8v2?甲乙图5第 2 课时 研究合外力做功和动能变化的关系课堂活动区核心知识探究例1见解析解析(1)把纸带的一端固定在小车的后面，另一端穿过打点计时器.改 变木板的倾角，以小车重力的一个分力平稳小车及纸带受到的摩擦力，使 小车做匀速运动.(2)把细绳系在小车内并绕过滑轮，悬挂小盘，在小盘里放入适量的祛 码，使小车的质量远大于祛码和小盘的总质量，小车在细线的拉力作用下 做匀加速运动.由于祛码和小盘质量专门小，能够认为小车所受的拉力F的大小等于祛码和小盘所受的重力大小，同时是恒定的.(3)接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带 上打下一系列的点.(4)重复以上实验.选择一条点迹清晰的纸带进行数据分析，由纸带能 够找到位移和时刻的信息，由祛码和小盘质量能够明白小车所受的恒力(小车的质量已知).(5)按照实验数据求出小车动能的变化和小车所受恒力所做的功，并进 行比较得出结论.例2(1)平稳摩擦力钩码的重力远小于小车的重力 x22Tx3钩码的重力和小车的质量例3见解析解析 设由。到A的过程中，重力对重物所做的功为 W;那么由。到 B的过程中，重力对重物所做的功为 2W;由。到C的过程中，重力对重 物所做的功为3W.由运算可知