第七章机械能守恒定律 第6节探究功和速度变化的关系 【学习目标】 知识与技能: (1)领会探究功与速度变化关系实验的设计思路,知道该实验探究须测定功与速度两个物理量 (2)会利用打点计时器打出的纸带计算物体运动的速度 (3)会运用图象法探究功与物体速度变化的关系 过程与方法: (1)体验探究实验方案的设计思路 (2)体验实验操作过程中控制实验条件的方法 (3)体验通过实验数据处理寻找物理量间变化关系的方法 情感、态度与价值观: 通过亲身实践体会,领略探究过程中避繁就简的方法选择,感受实验探究的快乐,形成“实践是 检验真理的唯一标准”的科学观,培养学科思维方式与能力 【重点、难点】 重点:实验方案的设计,实验数据的采集与处理 难点:①变力功的确定(倍增法) ②从寻找WV关系转向寻找WV2关系(图像法) 预习案 【自主学习】 复习 1、重力势能表达式是通过探究重力做功得出的,得出弹性势能表达式是通过探究弹力做功得出的,那 么标题中要探究的功是什么力的功?为什么? (是合力功,因为合力决定了加速度,加速度是跟速度变化有关的。) 2、求速度变化,要先测出速度,我们最熟悉的实验室中测速度的方法是什么? (打点计时器) 自主学习 1.分析与猜测 (1)通过研究重力做的功,我们确立了重力势能的表达式,通过分析弹力做的功,我们探究了弹性 势能的表达式,那么,要研究动能的变化,也要从力做功开始 (2)物体在力的作用下通过一段位移时,力会对物体做功,物体的速度也会发生变化,所以二者之 间存在联系 2.探究的思路 (1)要探究功与物体速度变化的关系,就要改变力对物体做的功,测出力对物体做不同功时物体的速度 (2)为简化实验,可将物体初速度设置为零,利用如图7-6-2所示的装置进行实验,通过橡皮筋来对 小车做功W,通过打点计时器在纸带上打出的点测量小车获得的速度v,然后分析功W与速度v的关系
内部文件，版权追溯 内部文件，版权追溯 第七章 机械能守恒定律 第 6 节 探究功和速度变化的关系 【学习目标】 知识与技能： （1）领会探究功与速度变化关系实验的设计思路，知道该实验探究须测定功与速度两个物理量。 （2）会利用打点计时器打出的纸带计算物体运动的速度。 （3）会运用图象法探究功与物体速度变化的关系。 过程与方法： （1）体验探究实验方案的设计思路 （2）体验实验操作过程中控制实验条件的方法 （3）体验通过实验数据处理寻找物理量间变化关系的方法 情感、态度与价值观： 通过亲身实践体会，领略探究过程中避繁就简的方法选择，感受实验探究的快乐，形成“实践是 检验真理的唯一标准”的科学观，培养学科思维方式与能力。 【重点、难点】 重点：实验方案的设计，实验数据的采集与处理。 难点：①变力功的确定（倍增法） ②从寻找 W-V 关系转向寻找 W-V 2 关系（图像法） 预习案 【自主学习】 复习 1、重力势能表达式是通过探究重力做功得出的，得出弹性势能表达式是通过探究弹力做功得出的，那 么标题中要探究的功是什么力的功？为什么？ （是合力功，因为合力决定了加速度，加速度是跟速度变化有关的。） 2、求速度变化，要先测出速度，我们最熟悉的实验室中测速度的方法是什么？ （打点计时器） 自主学习 1．分析与猜测 (1)通过研究重力做的功，我们确立了重力势能的表达式，通过分析弹力做的功，我们探究了弹性 势能的表达式，那么，要研究动能的变化，也要从力做功开始． (2)物体在力的作用下通过一段位移时，力会对物体做功，物体的速度也会发生变化，所以二者之 间存在联系． 2．探究的思路 (1)要探究功与物体速度变化的关系，就要改变力对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体的速度 ． (2)为简化实验，可将物体初速度设置为零，利用如图 7－6－2 所示的装置进行实验，通过橡皮筋来对 小车做功 W，通过打点计时器在纸带上打出的点测量小车获得的速度 v，然后分析功 W 与速度 v 的关系．
三、实验器材 木板、小车、橡皮筋、打点计时器(电火花打点计时器)、电源、纸带等. 四、实验步骤 1.按装置图安装好实验器材 2.平衡摩擦力:将木板固定,打点計时器的一端稍微垫高,使小车能牵引纸带在木板上做匀速运 3.先用一条橡皮筋做实验,用打点计时器打出的纸带测出小车前端通过两铁钉连线时小车的速度 v1,设此时橡皮筋对小车做功为W1,将数据记入表格,用标尺记录小车的初始位置. 4.改用2条、3条、4条……橡皮筋重复上述实验,让小车开始位置相同,每次橡皮筋拉开的长度 相同,记录橡皮筋做功ΣW、3wW、4W…情况下小车获得的速度v2、v3、v…… v2/m2 分析数据,研究W与v的关系 五、数据的处理 用图象法处理实验数据 我们可根据实验测得的数据,分别作出WV曲线、W一v2曲线、W一v曲线……哪一种图象更接近 于过原点的倾斜直线,功与速度之间就是哪一种正比关系 用 图 象 法 处 理 数 据 要 比 计 算 法 简捷更直观
三、实验器材 木板、小车、橡皮筋、打点计时器(电火花打点计时器)、电源、纸带等． 四、实验步骤 1．按装置图安装好实验器材． 2．平衡摩擦力：将木板固定，打点计时器的一端稍微垫高，使小车能牵引纸带在木板上做匀速运 动． 3．先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器打出的纸带测出小车前端通过两铁钉连线时小车的速度 v1，设此时橡皮筋对小车做功为 W1，将数据记入表格，用标尺记录小车的初始位置． 4．改用 2 条、3 条、4 条……橡皮筋重复上述实验，让小车开始位置相同，每次橡皮筋拉开的长度 相同，记录橡皮筋做功 2W、3W、4W……情况下小车获得的速度 v2、v3、v4……. W v/m·s －1 v 2 /m2·s －2 1 2 3 4 5 6 5．分析数据，研究 W 与 v 的关系 五、数据的处理 用图象法处理实验数据 我们可根据实验测得的数据，分别作出 W—v 曲线、W—v 2 曲线、W—v 3 曲线……哪一种图象更接近 于过原点的倾斜直线，功与速度之间就是哪一种正比关系． 用 图 象 法 处 理 数 据， 要 比 计 算 法 更 简捷更直观．
六、实验中需注意的事项 1.适度平衡小车受到的摩擦力 2.每次实验小车都要从同一位置由静止开始运动 3.应选择粗细均匀,一致性好的橡皮筋 4.橡皮筋的拉伸长度要适度 5.使小车挂住橡皮筋的中点,放正小车,使小车沿木板的中间线运动 探究案 【合作探究】 探究一:功的确定—-倍增法 问题1:每次实验中,橡皮筋拉伸的长度有什么要求? 每次实验中,橡皮筋拉伸的长度要相同。 问题2:小车运动中要克服摩擦阻力做功,用什么方法消除摩擦阻力的影响? 平衡摩擦力。将轨道一端垫高至小车匀速运动 探究二:速度的测量——测量纸带计算:v=x/t 尚●● 纸带上的点距并不都是均匀的,说明小车做什么运动?应采用哪部分点迹来计算小车的速度?为什么 采用均匀分布的点距测位移算速度。 分组实验采集数据 根据讨论结果,指导学生分组实验。学生6人一组进行实验,完成实验操作,记录实验数据。 探究三:数据处理一图像法 学生实验完毕后,指导学生进行数据处理。在坐标纸上建立坐标系,描画W-V图来观察分析功与 速度的关系。 观察实验得出的WV图,发现WV图不是直线,说明W∝V不成立!进一步观察W—V图特点,发 现图线与抛物线相似,猜测W∝V2,建议作W一V2图线验证 实验结论:W∞V 【课堂小结】 1、要探究的是合力的功与速度变化的关系 2、为使橡皮筋的力成为合力,要平衡掉摩擦力,怎样平衡 3、怎样解决橡皮筋这个变力做功问题(k也变化),实验中对橡皮筋有什么要求。 4、怎样确定初位置与初速度和末速度 【思考】 物体的速度变化量是仅跟合力功有关吗?猜一猜可能还和什么有关?怎样通过实验验证你的猜测? 【当堂检测】 1、在“探究功与物体速度变化关系”的实验中,每次选取纸带后,我们应选取纸带上的哪些点来求小 车的速度 A.间距均匀的 B.间距不均匀的 C.间距均匀的与不均匀的都可
六、实验中需注意的事项 1.适度平衡小车受到的摩擦力; 2.每次实验小车都要从同一位置由静止开始运动; 3.应选择粗细均匀,一致性好的橡皮筋; 4.橡皮筋的拉伸长度要适度; 5.使小车挂住橡皮筋的中点,放正小车,使小车沿木板的中间线运动. 探究案 【合作探究】 探究一：功的确定---倍增法 问题 1：每次实验中，橡皮筋拉伸的长度有什么要求？ 每次实验中，橡皮筋拉伸的长度要相同。 问题 2：小车运动中要克服摩擦阻力做功，用什么方法消除摩擦阻力的影响？ 平衡摩擦力。将轨道一端垫高至小车匀速运动。 探究二:速度的测量---测量纸带计算：v=x/t 纸带上的点距并不都是均匀的，说明小车做什么运动？应采用哪部分点迹来计算小车的速度？为什么？ 采用均匀分布的点距测位移算速度。 分组实验 采集数据 根据讨论结果，指导学生分组实验。学生 6 人一组进行实验，完成实验操作，记录实验数据。 探究三:数据处理---图像法 学生实验完毕后，指导学生进行数据处理。在坐标纸上建立坐标系，描画 W—V 图来观察分析功与 速度的关系。 观察实验得出的 W—V 图，发现 W—V 图不是直线，说明 W∝V不成立！进一步观察 W—V 图特点，发 现图线与抛物线相似，猜测 W∝V 2，建议作 W－V 2 图线验证。 实验结论：W∝V 2 【课堂小结】 1、要探究的是合力的功与速度变化的关系 2、为使橡皮筋的力成为合力，要平衡掉摩擦力，怎样平衡。 3、怎样解决橡皮筋这个变力做功问题（k 也变化），实验中对橡皮筋有什么要求。 4、怎样确定初位置与初速度和末速度 【思考】 物体的速度变化量是仅跟合力功有关吗？猜一猜可能还和什么有关？怎样通过实验验证你的猜测? 【当堂检测】 1、在“探究功与物体速度变化关系”的实验中，每次选取纸带后，我们应选取纸带上的哪些点来求小 车的速度（ ） A．间距均匀的 B．间距不均匀的 C．间距均匀的与不均匀的都可
D.最好是间距均匀的,若纸带上没有间距均匀的,也可用间距不均匀 的 橡皮筋 2、右图所示,在“探究功与物体速度变化关系”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过程中始终做功 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 3、在“探究功与物体速度变化的关系”实验时,以下应保持不变的是() A.每次实验把橡皮筋拉伸的长度 B.橡皮筋的规格 C.橡皮筋的根数 D.小车的质量 4、关于探究功与物体速度变化的关系实验中,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.先接通电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出 5、在“探究功与物体速度变化的关系”实验中,小车会受到阻力,可以使木板倾斜作为补偿,则下面 操作正确的是() A.使拖着纸带的小车由静止释放,下车不下滑即可 B.使拖着纸带的小车由静止释放,下车下滑即可 C.沿木板向下推拖着纸带的小车,放手后打点计时器在纸上打下的点距均匀即可 D.以上说法都不对 6、在“探究功与物体速度变化关系”的实验中,若画出Wv的图象,应为图中的哪一个() B 7、在探究功与物体速度变化的关系的实验中,某同学在一次实验中 得到了一条如图所示的纸带,这条纸带上的点两端较密,中间疏,出孓… 现这种情况的原因可能是( A.电源的频率不稳定 B.木板倾斜程度太大 C.没有使木板倾斜或倾斜角太小 小车受到的阻力较大 电源插头 1、A2、B3、ABD4、D5、C6、B7、CD 【课后巩固】 1、科学规律的发现离不开科学探究,而科学探究可以分为理论探究和 实验探究。下面我们追寻科学家的研究足迹用实验探究恒力做功和物体 速度变化之间的关系 (1)某同学的实验设计方案如右图所示,该实验用钩吗的重1早 力表示小车受到的合外力,为此,实验时在安装正确、操作规 范的前提下(已平衡摩擦力)还需要满足的条件是: (2)右图所示,是某次实验中得到的一条纸带,其中A、B、C、D、E、F是该同学确定的计数点,相邻 计数点间的时间间隔为T,距离如图所示,则打C点时小车的速度为 要验证合外力的功与速 度变化间的关系,除位移、速度外,还要测出的物理量有 2、根据教材实验的原理,在实验过程中平衡了摩擦力,则橡皮筋释放后,关于小车的运动,下列说法 正确的是()
D．最好是间距均匀的，若纸带上没有间距均匀的，也可用间距不均匀 的。 2、右图所示，在“探究功与物体速度变化关系”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过程中始终做功 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 3、在“探究功与物体速度变化的关系”实验时，以下应保持不变的是（ ） A．每次实验把橡皮筋拉伸的长度 B．橡皮筋的规格 C．橡皮筋的根数 D．小车的质量 4、关于探究功与物体速度变化的关系实验中，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．先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出 5、在“探究功与物体速度变化的关系”实验中，小车会受到阻力，可以使木板倾斜作为补偿，则下面 操作正确的是（ ） A．使拖着纸带的小车由静止释放，下车不下滑即可 B．使拖着纸带的小车由静止释放，下车下滑即可 C．沿木板向下推拖着纸带的小车，放手后打点计时器在纸上打下的点距均匀即可 D．以上说法都不对 6、在“探究功与物体速度变化关系”的实验中，若画出 W－v 的图象，应为图中的哪一个（ ） 7、在探究功与物体速度变化的关系的实验中，某同学在一次实验中 得到了一条如图所示的纸带，这条纸带上的点两端较密，中间疏，出 现这种情况的原因可能是 （ ） A．电源的频率不稳定 B．木板倾斜程度太大 C．没有使木板倾斜或倾斜角太小 D．小车受到的阻力较大 1、A 2、B3、ABD4、D5、C6、B7、CD 【课后巩固】 1、科学规律的发现离不开科学探究，而科学探究可以分为理论探究和 实验探究。下面我们追寻科学家的研究足迹用实验探究恒力做功和物体 速度变化之间的关系。 （1）某同学的实验设计方案如右图所示，该实验用钩码的重 力表示小车受到的合外力，为此，实验时在安装正确、操作规 范的前提下（已平衡摩擦力）还需要满足的条件是： （2）右图所示，是某次实验中得到的一条纸带，其中 A、B、C、D、E、F 是该同学确定的计数点，相邻 计数点间的时间间隔为 T，距离如图所示，则打 C 点时小车的速度为 要验证合外力的功与速 度变化间的关系，除位移、速度外，还要测出的物理量有 。 2、根据教材实验的原理，在实验过程中平衡了摩擦力，则橡皮筋释放后，关于小车的运动，下列说法 正确的是（ ） W O v A W O v B W O v C W O v D A B C D E F △x1 △x2 △x3 △x4 △x5
A.一直做匀速直线运动 B.先做匀加速直线运动,再做匀速直线运动 C.先做加速度减小的变加速直线运动,再做匀速直线运动 D.现在加速度增大的变加速直线运动,再做匀速直线运动 3、某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验,右图所示,图中小车是在一条橡皮筋 作用下弹出,沿木板滑行,这时,橡皮筋对小车做的功记为W,当用2条、3条……,完全相同的橡皮 筋并在一起进行第2次、第3次……实验时,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。每次实验 中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。 (1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、刻度 打点计时器 尺和 (2)木板倾斜的目的是为了 3)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.小车在两个铁钉的连线处 小车已过两个铁钉的连线 (4)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 部分进行测量(根据下面所示的纸带回答)O(或取匀速部分均为正确) ··””·3 4、在“探究功与速度变化的关系”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 答案: 1、(1)小车的总质量远大于钩码的总质量 (2)(△x+△x)/2T; 钩码的重力 3、(1)交流电源(或电源) (2)平衡摩擦力 (3)B (4)O(或取匀速部分均为正确)
A．一直做匀速直线运动 B．先做匀加速直线运动，再做匀速直线运动 C．先做加速度减小的变加速直线运动，再做匀速直线运动 D．现在加速度增大的变加速直线运动，再做匀速直线运动 3、某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验，右图所示，图中小车是在一条橡皮筋 作用下弹出，沿木板滑行，这时，橡皮筋对小车做的功记为 W，当用 2 条、3 条……，完全相同的橡皮 筋并在一起进行第 2 次、第 3 次……实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。每次实验 中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。 （1）除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度 尺和 。 （2）木板倾斜的目的是为了 。 （3）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．小车在两个铁钉的连线处 D．小车已过两个铁钉的连线 （4）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（根据下面所示的纸带回答）GK（或取匀速部分均为正确） 4、在“探究功与速度变化的关系”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 答案： 1 、（1） 小车的总质量远大于钩码的总质量 。 （2）（△x2+△x3）/2T ； 钩码的重力 。 2、C 3、（1）交流电源（或电源） 。 （2） 平衡摩擦力 。 （3）B （4）GK（或取匀速部分均为正确） 4、ABD A B C D E F G H I K 纸带 小车 橡皮筋 打点计时器 木板