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第七章 機械能守恒定律 第6節(jié) 實驗 探究功與速度變化的關系 1 理解探究性實驗中的探究思路 操作技巧和數據處理 能夠自主設計實驗 2 會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度 3 利用物理圖象探究功與物體速度變化的關系 重力做功 重力勢能 彈力做功WF 外力做功W 彈性勢能 動能 速度 1 研究對象是什么 某一個物體2 需要知道哪些物理量 力對物體做的功W物體的速度v3 怎樣得到它們之間的關系 分別以它們?yōu)榭v坐標和橫坐標畫圖象通過圖象看出它們之間的關系 一 實驗目的 二 探究的思路 探究力對物體做的功與速度變化的關系 鉤碼 小車 細繩 紙帶 打點計時器 一端附有定滑輪的長木板 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 當小車的質量比鉤碼的質量大很多 M m 時 小車所受繩子的牽引力F近似地等于鉤碼的重力G 這時 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 研究對象是小車 由鉤碼提供拉力 2 怎樣計算功和速度 用刻度尺測量紙帶得出運動距離l 讀出鉤碼的重力G 則有W Gl 速度可由紙帶上的點計算出 3 如何得到多組數據 改變拉力或改變距離可得到不同的多組數據 方案一的原理 橡皮筋 小車 打點計時器 紙帶 木板 鐵釘 方案二 小車在木板上運動的過程中 哪一階段橡皮筋對小車做功 橡皮筋的彈力是變力 且彈力與伸長量的關系也不嚴格遵守胡克定律 不容易計算 怎樣設計實驗才能解決這一問題 橡皮筋對小車的做的功能否直接測量 橡皮筋被拉伸直到恢復原長的過程中 第一次用一條橡皮筋拉小車 設橡皮筋對小車做功為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都和第一次的伸長量一樣 則橡皮筋以小車做的功為2W 依次類推 并聯三條 四條 橡皮筋 且拉伸的長度都一樣 做的功為3W 4W 倍增法 小車在木板上做什么性質的運動 我們要取的速度是哪個階段的速度 這個速度該如何測量 先加速后勻速 橡皮筋恢復原長時的速度 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條橡皮筋重做實驗 保證每次釋放小車的位置相同 即橡皮筋被拉長的長度相同 1 安裝實驗儀器 3 第一次先用一根橡皮筋做實驗 用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1 設此時橡皮筋對小車做的功為W 并將測得的數據記入表格 2 平衡摩擦力 將安裝有打點計時器的長木板的一端墊起 紙帶穿過打點計時器 不栓橡皮筋 閉合電源 輕推小車 直到打點計時器在紙帶上打出間隔均勻的點為止 實驗操作 橡皮筋恢復原長時小車的速度 四 數據的處理 用什么方法處理數據比較直觀 圖象法處理數據 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 采集數據生成結論 從得到的數據可看出 W越大 v越大 W v圖象 W v2圖象 W v3圖象 W 圖象 實驗結論 W v2圖象 即力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的平方成正比 1 關于探究功與物體速度變化的關系實驗中 下列敘述正確的是 A 每次實驗必須設法算出橡皮筋對小車做功的具體數值B 每次實驗中 橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致C 放小車的長木板應該盡量使其水平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系 的實驗時 下列說法正確的是 A 通過改變橡皮筋的條數改變拉力做功的數值B 通過改變橡皮筋的長度改變拉力做功的數值C 通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度D 通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度 AC 3 在 探究力對物體做功與速度變化的關系 的實驗中每次橡皮筋的拉伸長度都保持不變 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能是一樣的D 產生的重力勢能相同 BC 4 為了計算由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度 在某次實驗中某同學得到了下圖所示的一條紙帶 在A B C D中應該選用哪個點的速度才符合要求 實驗中所要求測量的速度應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兩點橡皮筋還沒有作用完畢 而D點是橡皮筋作用完畢后經過了一段時間 所以最理想的應該是C點的速度