实验五：探究功与速度变化的关系

1、第第5 5课时实验一课时实验一: :探究功与速度变化探究功与速度变化的关系的关系 实验基础实验基础热点透析热点透析实验创新实验创新素能提升素能提升实验基础实验基础 固本求源固本求源 提高技能提高技能原理与操作原理与操作处理与分析处理与分析一、数据处理一、数据处理1.1.利用利用“匀变速直线运动中匀变速直线运动中, ,某段时间内的平均速度等于该某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度段时间中间时刻的瞬时速度”计算纸带上选定的点对应的速计算纸带上选定的点对应的速度度, ,测出小车某两计数点的位移测出小车某两计数点的位移, ,计算拉力在该过程中对小车计算拉力在该过程中对小车做的功做的功W

2、W和小车动能的变化量和小车动能的变化量EEk k. .2.2.比较各次实验中拉力做的功和物体动能变化的数值比较各次实验中拉力做的功和物体动能变化的数值, ,从而从而得到外力对物体做的功和物体动能变化的关系得到外力对物体做的功和物体动能变化的关系. .二、误差分析二、误差分析实验中我们把拉力对小车做的功与砝码和小盘总重力所做的功实验中我们把拉力对小车做的功与砝码和小盘总重力所做的功认为是一样的认为是一样的, ,但实际上二者并不相同但实际上二者并不相同, ,这是因为砝码和小盘的这是因为砝码和小盘的总重力与绳的拉力是不一样的总重力与绳的拉力是不一样的. .在在m mM M时时, ,细绳的拉力近似等于

3、砝码和小盘的总重力细绳的拉力近似等于砝码和小盘的总重力, ,误差较误差较小小;m;m越大越大, ,误差越大误差越大. .因此实验中应使小车的质量远大于砝码和因此实验中应使小车的质量远大于砝码和小盘的总质量小盘的总质量. .三、注意事项三、注意事项1.1.平衡摩擦力平衡摩擦力. .由于我们用绳的拉力确定对小车做的功由于我们用绳的拉力确定对小车做的功, ,因此应因此应设法排除其他力的影响设法排除其他力的影响, ,实际操作中是采用把木板的一端垫高实际操作中是采用把木板的一端垫高, ,用小车重力的分力和阻力平衡的方法来消除阻力的影响用小车重力的分力和阻力平衡的方法来消除阻力的影响. .2.2.尽量减小

4、小车的加速度尽量减小小车的加速度. .因为砝码和小盘拉着小车加速运动因为砝码和小盘拉着小车加速运动时时, ,砝码和小盘处于失重状态砝码和小盘处于失重状态, ,小车受到的拉力小于砝码和小盘小车受到的拉力小于砝码和小盘的总重力的总重力. .为减小这一系统误差为减小这一系统误差, ,应使小车的加速度尽量小应使小车的加速度尽量小, ,也也就是实验中必须满足砝码和小盘的总质量远小于小车的质量就是实验中必须满足砝码和小盘的总质量远小于小车的质量. .四、创新改进四、创新改进传感器在实验中的应用传感器在实验中的应用随着科学技术的进步随着科学技术的进步, ,信息技术与我们的学习生活紧密相关信息技术与我们的学习

5、生活紧密相关, ,融入到我们生活各个方面融入到我们生活各个方面. .同样同样, ,信息技术也深入到我们的物信息技术也深入到我们的物理实验中理实验中, ,我们可以借助于计算机进行数据的处理与采集我们可以借助于计算机进行数据的处理与采集, ,可可以使我们的物理实验更加便捷与高效以使我们的物理实验更加便捷与高效. .在本实验中在本实验中, ,我们可以应用位移传感器测位移我们可以应用位移传感器测位移, ,应用力传感器应用力传感器测细绳拉力测细绳拉力, ,应用光电传感器测速度等应用光电传感器测速度等. .热点透析热点透析 追踪热点追踪热点 拓宽思路拓宽思路实验原理及误差分析实验原理及误差分析 热点一热点

6、一【例【例1 1】 (2014(2014天津理综天津理综) )某同学把附有滑轮的长木板平放在某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上实验桌上, ,将细绳一端拴在小车上将细绳一端拴在小车上, ,另一端绕过定滑轮另一端绕过定滑轮, ,挂上挂上适当的钩码适当的钩码, ,使小车在钩码的牵引下运动使小车在钩码的牵引下运动, ,以此定量探究绳拉以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系力做功与小车动能变化的关系. .此外还准备了打点计时器及此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等. .组装的实验组装的实验装置如图所示装置如图所示. .(1)(1

7、)若要完成该实验若要完成该实验, ,必需的实验器材还有哪些必需的实验器材还有哪些 .(2)(2)实验开始时实验开始时, ,他先调节木板上定滑轮的高度他先调节木板上定滑轮的高度, ,使牵引小车的细绳与使牵引小车的细绳与木板平行木板平行. .他这样做的目的是下列的哪个他这样做的目的是下列的哪个( (填字母代号填字母代号).).A.A.避免小车在运动过程中发生抖动避免小车在运动过程中发生抖动B.B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C.C.可以保证小车最终能够实现匀速直线运动可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D.D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力可

8、在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)(3)平衡摩擦力后平衡摩擦力后, ,当他用多个钩码牵引小车时当他用多个钩码牵引小车时, ,发现小车运动过快发现小车运动过快, ,致使打出的纸带上点数较少致使打出的纸带上点数较少, ,难以选到合适的点计算小车速度难以选到合适的点计算小车速度. .在保在保证所挂钩码数目不变的条件下证所挂钩码数目不变的条件下, ,请你利用本实验的器材提出一个解决请你利用本实验的器材提出一个解决方法方法: : .(4)(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功, ,经多次实验发现经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些拉力做功总

9、是要比小车动能增量大一些. .这一情况可能是下列这一情况可能是下列哪些原因造成的哪些原因造成的( (填字母代号填字母代号).).A.A.在接通电源的同时释放了小车在接通电源的同时释放了小车B.B.小车释放时离打点计时器太近小车释放时离打点计时器太近C.C.阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D.D.钩码做匀加速运动钩码做匀加速运动, ,钩码重力大于细绳拉力钩码重力大于细绳拉力思路点拨思路点拨: : (1)(1)根据该实验的实验原理和数据的处理方法根据该实验的实验原理和数据的处理方法, ,确定确定所需的实验器材所需的实验器材. .(2)(2)小车运

10、动过快小车运动过快, ,说明其加速度偏大说明其加速度偏大, ,在牵引力不变的前提下在牵引力不变的前提下可适当增加小车质量可适当增加小车质量. .解析解析: : (1)(1)本实验是探究外力所做的功是否等于物体动能的变化本实验是探究外力所做的功是否等于物体动能的变化, ,因此需要因此需要通过研究纸带来研究小车的速度通过研究纸带来研究小车的速度, ,利用天平测量小车的质量利用天平测量小车的质量, ,利用砝码的重利用砝码的重力代替小车所受的合力力代替小车所受的合力, ,所以需要刻度尺、天平所以需要刻度尺、天平( (带砝码带砝码).).(2)(2)实验过程中实验过程中, ,调节细绳与木板平行调节细绳与

11、木板平行, ,目的是使细绳的拉力沿小车位移的方目的是使细绳的拉力沿小车位移的方向向, ,此拉力等于小车受的合力此拉力等于小车受的合力, ,故选项故选项A A、B B、C C错误错误,D,D正确正确. .(3)(3)平衡摩擦力后平衡摩擦力后, ,当他用多个钩码牵引小车时当他用多个钩码牵引小车时, ,发现小车运动过快发现小车运动过快, ,即小车即小车的加速度大的加速度大, ,所以应减小小车的加速度所以应减小小车的加速度, ,可适当增大小车的质量可适当增大小车的质量, ,即在小车上即在小车上加适量的砝码加适量的砝码. .(4)(4)将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功

12、, ,经多次实验发现拉力做功总是经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些要比小车动能增量大一些, ,可能是由于功的计算数值偏大可能是由于功的计算数值偏大, ,即拉力小于重力即拉力小于重力, ,也可能总功偏小也可能总功偏小, ,即需要克服摩擦力做功即需要克服摩擦力做功, ,由此可知由此可知, ,选项选项C C、D D正确正确. .答案答案: : (1) (1)刻度尺、天平刻度尺、天平( (带砝码带砝码) )(2)D(2)D(3)(3)可在小车上加适量的砝码可在小车上加适量的砝码( (或钩码或钩码) )(4)CD(4)CD方法总结方法总结 (1)(1)正确理解实验原理正确理解实验原理, ,

13、不同实验方法测量的量不同不同实验方法测量的量不同, ,但均是对但均是对比外力做功与动能变化的数值比外力做功与动能变化的数值. .(2)(2)要善于将类似实验方法进行迁移要善于将类似实验方法进行迁移, ,如本实验中如本实验中“将钩码重力将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功做的功当作细绳拉力做的功”与验证牛顿第二定律中钩码重力、与验证牛顿第二定律中钩码重力、拉力类似拉力类似. .解决解决“探究动能定理探究动能定理”实验时注意以下几点实验时注意以下几点实验数据处理实验数据处理 热点二热点二方法总结方法总结 应用图象处理数据的方法应用图象处理数据的方法应用图象进行数据处理时应用图象进行数据处理时, ,要

14、充分研究实验原理与过程要充分研究实验原理与过程, ,将实验将实验中的相关数据通过恰当的图象体现出来中的相关数据通过恰当的图象体现出来, ,然后利用相关的规律确然后利用相关的规律确定图线斜率、截距的物理意义定图线斜率、截距的物理意义. .实验创新实验创新 瞻新动向瞻新动向 探新类题探新类题传感器在实验中的应用传感器在实验中的应用在探究动能定理的实验中在探究动能定理的实验中, ,应用速度传感器测出实验中物体的应用速度传感器测出实验中物体的速度速度, ,从而测出物体的动能从而测出物体的动能, ,可以避免应用打点计时器测速度可以避免应用打点计时器测速度造成的较大的误差造成的较大的误差; ;应用力传感器

15、测出实验中拉动小物块的力应用力传感器测出实验中拉动小物块的力, , 并借助于计算机求出拉力做的功并借助于计算机求出拉力做的功, ,从而验证功与动能的关系从而验证功与动能的关系. .命题创新命题创新素能提升素能提升 模拟实验模拟实验 操作演练操作演练D D (2)(2)根据你所作的图像根据你所作的图像, ,你认为滑块滑行的最大距离你认为滑块滑行的最大距离x x与滑块初速与滑块初速度平方度平方v v2 2的关系是的关系是 .解析解析: : (1) (1)电火花计时器的工作电压是电火花计时器的工作电压是220 V220 V的交流电的交流电. .(2)(2)处理实验数据时需要测量两计时点间的距离处理实验数据时需要测量两计时点间的距离, ,因此还需要的