7.6实验：探究功与速度变化的关系

7.6探究功与物体速度变化的关系第七章机械能守恒定律重力做功重力势能弹力做功WF外力做功W弹性势能速度22212121lklkPEW＝弹221lkEphmgWGmghEPWG=mg(h1-h2)=Ep1-Ep2=-ΔEp一、实验目的：探究力对物体做的功与速度变化的关系二、探究的思路：1.思考：（1）研究对象是什么？怎样测量速度？（2）建立什么坐标系？探究哪两个量的关系？（3）实验前需要调节什么？怎么调节？以木板上的小车为研究对象。测量其速度时要用到打点计时器等。以牵引力对小车做的功W为纵坐标，小车获得的速度v为横坐标，作出W-v图像，分析图像就能了解两者的定量关系。实验前需要平衡摩擦力。F阻FGF阻FNFF2F1平衡摩擦力把木板的一端垫高，使重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡钩码小车细绳纸带打点计时器一端附有定滑轮的长木板2.探究方案方案一：方案一的原理：(1)本方案是怎样提供拉力的？研究对象是小车，由钩码提供拉力。（2）怎样计算功和速度？用刻度尺测量纸带得出运动距离l,读出钩码的重力G，则有W=Gl。速度可由纸带上的点计算出。（3）如何得到多组数据？改变拉力或改变距离可得到不同的多组数据。思考：方案一的原理存在什么不足？请你通过公式的推导得出减小误差的条件。对小车有：F=Ma对钩码有：G-F=ma消去加速度，得到牵引力F和钩码重G的关系当小车的质量比钩码的质量大很多(Mm)时GMmGMmMF11GF②FT＝mg的条件?方案一:①F合＝FT的条件？平衡摩擦③记录数据?M车m物W=Gl.v用计时器测实验器材:木板、小车、橡皮筋(若干）、砝码（应该使小车的质量大些）打点计时器、电源、纸带、钉子橡皮筋小车打点计时器纸带木板铁钉方案二：思考：1.小车在木板上运动的过程中，哪一阶段橡皮筋对小车做功？???CBA橡皮筋被拉伸直到恢复原长的过程中2.探究过程中,我们是否需要测出橡皮筋做功的具体数值?橡皮筋弹力做功不容易计算,然而改变橡皮筋的条数,保持小车相同的运动距离,则弹力的功与橡皮筋条数成正比.即橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W……利用倍数关系巧妙测变力做的功是本实验的精妙之处4.应该采用那些点距来计算小车的速度？..........小车运动情况:变加速直线运动(a越来越小的加速运动)匀速运动减速运动如图:应求小车匀速阶段的速度.即:弹力做功刚完毕时3.还有其他力对小车做功吗?为了使橡皮筋对小车做的功即为合力功,怎么办?GF阻FNFF2F1平衡摩擦轻推小车小车能匀速运动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.二.实验过程??CBA思考:?CBA?B①要保证橡皮筋做功为整数倍需要选择什么样的橡皮筋?才能减少误差?②改变橡皮筋条数后为什么要把小车拉到相同的位置释放?不这样会出现什么结果?橡皮筋的长度、粗细应相同每条橡皮筋每次做功相等应该选后段点间距均匀的点思考:①平衡摩擦力后打出点迹是怎样的？②我们应该选取纸袋上的哪部分点计算小车获得的速度？方法:判断运动思考三:若未平衡摩擦力,请定性画出所得纸带是怎样的？ABCDEFGnTsvvw01W2W3W4W5W6Wv00.81.11.281.531.761.89v200.641.211.642.343.13.57在探究功与物体速度变化关系时得到w-v的一组数据如下:请同学们帮该同学分析W与V间关系三.数据处理功与速度的关系得到的数据应怎么处理?图7—6—3结论:过原点的直线,说明2wv实验目标：探究功与速度变化的关系．实验器材：长木板、橡皮筋(若干)、小车、打点计时器、橡皮筋、电源、导线、刻度尺、木板、砝码（应该使小车的质量大些）．注意事项：1．橡皮筋的选择．2．平衡摩擦力．3．误差分析．4．橡皮筋的条数．5．实验装置的选取．【例1】在用如图所示装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时,下列说法正确的是()A.通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值B.通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值C.通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度D.通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度AC课堂练习2.对橡皮筋做功,直接测量是困难的,可以巧妙避开这个难题而不影响问题的解决,只需要测出每次实验时橡皮筋对小车做的功是第一次的多少倍,使用的方法是A.用同样的力对小车做功,让小车通过的距离依次是s、2s、3s……进行第1次、第2次、第3次……实验时,力对物体做的功就是W、2W、3W……B.让小车通过相同的距离,第1次力为F、第2次2F、第3次3F……实验时,力对小车做的功就是W、2W、3W……C.选相同橡皮筋,实验中每次橡皮筋拉伸长度相同,用1条、2条、3条…同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第3次…实验时,橡皮筋对物体做的功就是W、2W、3W……D.用弹簧秤测量对小车的拉力F,用直尺测量小车移动s,便可以求出每次F对小车做的功,可控制为W、2W、3W…C3.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,除橡皮筋对其做功以外,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BC4.某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，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．水平实验台滑轮小沙桶滑块细线打点计时器纸带长木板天平，刻度尺沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量，平衡摩擦力5.某实验小组采用如图所示的装置探究“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，打点针时器工作频率为50Hz．⑴实验的部分步骤如下：①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；②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，；③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作．打点计时器小车纸带制动装置接通电源释放小车断开开关⑵图1是钩码质量为0.03kg，砝码质量为0.02kg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五个计数点，可获得各计数点到O的距离测量点S/cmv/(m·s－1)O0.000.35A1.510.40B3.200.45C____________D7.150.54E9.410.60S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．⑶在上车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统，做正功，做负功．ABCDEO0123456789101112cm纸带运动方向5.060.49钩砝的重力小车受摩擦阻力⑷实验小组根据实验数据绘出了图2中的图线（其中Δv2＝v2－v02），根据图线可获得的结论是．02468100.000.050.100.150.200.25s/cmΔv2/(m2·s－2)小车初末速度的平方差与位移成正比