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第七章 機(jī)械能守恒定律 第6節(jié) 實(shí)驗(yàn) 探究功與速度變化的關(guān)系 1 理解探究性實(shí)驗(yàn)中的探究思路 操作技巧和數(shù)據(jù)處理 能夠自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 2 會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度 3 利用物理圖象探究功與物體速度變化的關(guān)系 重力做功 重力勢(shì)能 彈力做功WF 外力做功W 彈性勢(shì)能 動(dòng)能 速度 1 研究對(duì)象是什么 某一個(gè)物體2 需要知道哪些物理量 力對(duì)物體做的功W物體的速度v3 怎樣得到它們之間的關(guān)系 分別以它們?yōu)榭v坐標(biāo)和橫坐標(biāo)畫圖象通過(guò)圖象看出它們之間的關(guān)系 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二 探究的思路 探究力對(duì)物體做的功與速度變化的關(guān)系 鉤碼 小車 細(xì)繩 紙帶 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板 方案一 三 探究方案 平衡摩擦力 把木板的一端墊高 使重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡 當(dāng)小車的質(zhì)量比鉤碼的質(zhì)量大很多 M m 時(shí) 小車所受繩子的牽引力F近似地等于鉤碼的重力G 這時(shí) 小車所受合力就等于繩子的牽引力F 1 本方案是怎樣提供拉力的 研究對(duì)象是小車 由鉤碼提供拉力 2 怎樣計(jì)算功和速度 用刻度尺測(cè)量紙帶得出運(yùn)動(dòng)距離l 讀出鉤碼的重力G 則有W Gl 速度可由紙帶上的點(diǎn)計(jì)算出 3 如何得到多組數(shù)據(jù) 改變拉力或改變距離可得到不同的多組數(shù)據(jù) 方案一的原理 橡皮筋 小車 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 紙帶 木板 鐵釘 方案二 小車在木板上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 哪一階段橡皮筋對(duì)小車做功 橡皮筋的彈力是變力 且彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系也不嚴(yán)格遵守胡克定律 不容易計(jì)算 怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)才能解決這一問(wèn)題 橡皮筋對(duì)小車的做的功能否直接測(cè)量 橡皮筋被拉伸直到恢復(fù)原長(zhǎng)的過(guò)程中 第一次用一條橡皮筋拉小車 設(shè)橡皮筋對(duì)小車做功為W 第二次用兩條完全相同的橡皮筋并列栓到小車上拉小車 且使每條橡皮筋的伸長(zhǎng)都和第一次的伸長(zhǎng)量一樣 則橡皮筋以小車做的功為2W 依次類推 并聯(lián)三條 四條 橡皮筋 且拉伸的長(zhǎng)度都一樣 做的功為3W 4W 倍增法 小車在木板上做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng) 我們要取的速度是哪個(gè)階段的速度 這個(gè)速度該如何測(cè)量 先加速后勻速 橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)的速度 就是勻速階段的速度 4 用2條 3條 4條 5條橡皮筋分別代替1條橡皮筋重做實(shí)驗(yàn) 保證每次釋放小車的位置相同 即橡皮筋被拉長(zhǎng)的長(zhǎng)度相同 1 安裝實(shí)驗(yàn)儀器 3 第一次先用一根橡皮筋做實(shí)驗(yàn) 用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出小車獲得的速度v1 設(shè)此時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為W 并將測(cè)得的數(shù)據(jù)記入表格 2 平衡摩擦力 將安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的長(zhǎng)木板的一端墊起 紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 不栓橡皮筋 閉合電源 輕推小車 直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出間隔均勻的點(diǎn)為止 實(shí)驗(yàn)操作 橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)小車的速度 四 數(shù)據(jù)的處理 用什么方法處理數(shù)據(jù)比較直觀 圖象法處理數(shù)據(jù) 作W v圖 若為曲線 若為直線 則W與v成正比 作W v2圖 若為曲線 若為直線 則W與v2成正比 作W v3圖 五 采集數(shù)據(jù)生成結(jié)論 從得到的數(shù)據(jù)可看出 W越大 v越大 W v圖象 W v2圖象 W v3圖象 W 圖象 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 W v2圖象 即力對(duì)原來(lái)靜止的物體做的功與物體獲得的速度的平方成正比 1 關(guān)于探究功與物體速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中 下列敘述正確的是 A 每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車做功的具體數(shù)值B 每次實(shí)驗(yàn)中 橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度沒(méi)有必要保持一致C 放小車的長(zhǎng)木板應(yīng)該盡量使其水平D 先接通電源 再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 D 2 在做 探究功與物體速度變化關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)時(shí) 下列說(shuō)法正確的是 A 通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)改變拉力做功的數(shù)值B 通過(guò)改變橡皮筋的長(zhǎng)度改變拉力做功的數(shù)值C 通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的最大速度D 通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的平均速度 AC 3 在 探究力對(duì)物體做功與速度變化的關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)中每次橡皮筋的拉伸長(zhǎng)度都保持不變 這樣每次 A 做的功一樣B 每條橡皮筋做的功是一樣多C 每條橡皮筋的彈性勢(shì)能是一樣的D 產(chǎn)生的重力勢(shì)能相同 BC 4 為了計(jì)算由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度 在某次實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)得到了下圖所示的一條紙帶 在A B C D中應(yīng)該選用哪個(gè)點(diǎn)的速度才符合要求 實(shí)驗(yàn)中所要求測(cè)量的速度應(yīng)該是橡皮筋作用完畢以后小車的速度 也就是小車所獲得的最大速度 由圖可以看出 A B兩點(diǎn)橡皮筋還沒(méi)有作用完畢 而D點(diǎn)是橡皮筋作用完畢后經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間 所以最理想的應(yīng)該是C點(diǎn)的速度