7.6 探究功与速度变化的关系
合集下载
7.6探究功与速度变化的关系
• • • •
1．探究的问题 通过实验探究力(合力)对物体做的功与物体速度变化的关系． 2．合理推测 若作用于物体上的合力不为零，产生加速度，若初速度为零， 则物体前进距离越大，做的功越多，物体获得的( 速度越大） • 3．设计实验 • (1)实验装置：见图7—6—1 • (2)功的得出：小车在同样的1条、2条、3条…橡皮筋的作 、 、 … 用下弹出，橡皮筋对小车做的功分别为( 1W、2W、3W… )
• (3)打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀， 应选 （ ） 纸带来计算小 一段点间距均匀 车的速度，因这一小段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形 (小车速度也可借助光电门来测量)． • 5．数据处理，得出结论 • 先对测量数据进行估计，或者作出 ( W－v草图 )大 － 草图 致判断两个量可能是什么关系．若认为W∝v2，就对每个 速度值算出它的 ( 二次方 )，作出W－v2图象，若是直 线，说明 ( W∝v2 ) . ∝ • 结论：通过作图发现W－v2图象近似是 ( 直线 ) ，说 W∝v2 ) . ∝ 明(
7.6探究功和速度变化的关系 探究功和速度变化的关系
探究功与物体速度变化的关系
定性:在物体质量一定的前提下： 对物体做的功越多，物体的速度 变化就越大。
情景导入
实 验： 探 究 做 功 与 小 车 速 度 变 化 的 关 系
实验目的： 实验目的：通过实验探究橡皮筋对小 车做功与小车速度变化的关系 实验器材：橡皮筋（ 实验器材：橡皮筋（6根）、小车、砝码、 ）、小车、砝码、 小车 木板、打点计时器、铁钉、 木板、打点计时器、铁钉、刻度尺等 打点计时器 小车 铁钉 木板 纸带 橡皮筋
探 究的 思 路
1、橡皮筋做的功 、
问题：①橡皮筋做功是恒力做功还是变力做功？ ②如何改变橡皮筋做的功？
7.6探究动能与速度的关系
1.平衡摩擦力:将木板一端垫高,使小车的重力沿斜面 向下的分力与摩擦阻力平衡。
方法:使小车连着纸带并接通电源,轻推小车,由打 点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做 匀速运动,找到长木板的一个合适的倾角。
2.选点测速:测小车的速度时,纸带上的点应选均匀 部分的,也就是选小车做匀速运动时的部分。 3.橡皮筋的选择:橡皮筋应选规格一样的。橡皮筋弹 力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可,不 必计算出具体数值。 4.先后顺序:开始实验时,小车应靠近打点计时器,并 且要先接通电源再释放小车。 5.小车的选择:小车质量应适当大一些,使纸带上打 的点多一些。
2 v
本实验要不要测量物体的质量？
Hale Waihona Puke mgh = 1 mv 22
1
gh = 2 v 2
无需测量物体的质量
实验原理
0
测定第n点的瞬时速度的方法是：测出 1
第n点的相邻的前、后两段相等时间T内下
2
落的距离由下列公式算出：
S3
3
vn
Sn
Sn1 2T
S4
4
实验器材
纸带
打点计时器
铁架台
？
夹子
重物
实验步骤
实验步骤
(6)应用公式 计算各点对应的速度v1、v2、v3...
(7)计算各点对应的势能减少量和动能的增加量
测量点n 1 2 3 4 5 6 高度hn /m 速度vn /m/s 势能EP /J 动能EK /J
数据处理
为什么图象通过原点？
0
该图象的斜 率表示什么？
h
注意事项
（1）实验时，必须先接通电源，让打点记时器工作正 常后才松开纸带让重锤下落． （2）打点记时器必须接50Hz交流低压电源. （3）必须保留纸带上打出点迹的第一点,且第1、2点间 距约为2mm的纸带误差小。 （5）实验中，只要验证gh是否等于v2/2即可，不用测重 锤的质量。
方法:使小车连着纸带并接通电源,轻推小车,由打 点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做 匀速运动,找到长木板的一个合适的倾角。
2.选点测速:测小车的速度时,纸带上的点应选均匀 部分的,也就是选小车做匀速运动时的部分。 3.橡皮筋的选择:橡皮筋应选规格一样的。橡皮筋弹 力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可,不 必计算出具体数值。 4.先后顺序:开始实验时,小车应靠近打点计时器,并 且要先接通电源再释放小车。 5.小车的选择:小车质量应适当大一些,使纸带上打 的点多一些。
2 v
本实验要不要测量物体的质量？
Hale Waihona Puke mgh = 1 mv 22
1
gh = 2 v 2
无需测量物体的质量
实验原理
0
测定第n点的瞬时速度的方法是：测出 1
第n点的相邻的前、后两段相等时间T内下
2
落的距离由下列公式算出：
S3
3
vn
Sn
Sn1 2T
S4
4
实验器材
纸带
打点计时器
铁架台
？
夹子
重物
实验步骤
实验步骤
(6)应用公式 计算各点对应的速度v1、v2、v3...
(7)计算各点对应的势能减少量和动能的增加量
测量点n 1 2 3 4 5 6 高度hn /m 速度vn /m/s 势能EP /J 动能EK /J
数据处理
为什么图象通过原点？
0
该图象的斜 率表示什么？
h
注意事项
（1）实验时，必须先接通电源，让打点记时器工作正 常后才松开纸带让重锤下落． （2）打点记时器必须接50Hz交流低压电源. （3）必须保留纸带上打出点迹的第一点,且第1、2点间 距约为2mm的纸带误差小。 （5）实验中，只要验证gh是否等于v2/2即可，不用测重 锤的质量。
7.6探究功与物体速度变化的关系
回 顾
重力做功
重力势能
WG＝—△EP 弹力做功 弹性势能
WF＝—△EP 外力做功 速度的变化
思 考 （1）物体动能的变化由做功引起。那么，实验
中如何对物体做功？又怎样来表示功的大小呢？
两个角度： 可以是恒力做功。例如，用一重物落在纸 带向下运动，重力对重物做功即为恒力做功。 用W=Gh表示功的大小。 可以是变力做功。例如，采用的通过增加 每次牵引小车的橡皮筋数目的办法来表示功 的大小。
7.5 实验：探究功与速度变 化的关系
学习目的：
1、理解探究性实验中的探究思路、操作技
巧和数据处理，能够自主设计实验。
2、会用打点计时器打下的纸带计算物体运
动的速度。
3、利用物理图象探究功与物体速度变化的
关系。
猜 想
联系实际，说说踢足球时足球速度变 化的原因.
猜测足球速度的变化与足球的受力有关。 而力与位移的乘积功与速度变化之间存在 什么样的关系？
思 考 6、应该采用那些点距来计算小车的速度？ 小车的运动情况： 变加速直线运动（加速度越来越小的加速 运动） 匀速运动
如图：
减速运动
.. . . . . . . . .
我们应该求小车匀速阶段的速度。即： 弹力做功刚完毕时小车的速度
思 考 例: 为研究功与物体速度变化的关系，在某次实验
中某同学得到了如图所示的一条纸带, （1）应选哪些点间距进行测量？ （2）怎样根据测得的数据进行确定小车的速度？
实 验 实 例
（电火花计时器）
实验数据
v/(m· s－1)
0.00 0.80
W—v图象
W
0 1
1.10
1.28
2
3
1.53 1.76
7.6实验：探究功与速度变化的关系
3、用2 条、3 条、4 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。 4、在上述实验中分别算出滑块速度v1 、v2 、v3 v4 、。
四、数据处理，寻找W与v的关系 问题：如何找到功与速度的关系？ 方法一：计算法 比较麻烦 方法二：图像法
简便直观，可以减少偶然 误差
五、结 论
弹簧弹力对小车做的功与速度的平方成正比 注：这里的弹力就是物体受到的合外力 因为小车从静止开始运动，初速度为零， 末速度就是小车速度的变化。 拓展：如果小车的初速度不为零，功与速度之 间应该有什么样的关系？
再 见
7.6、实验：探究功与 速度变化的关系
冠县一中
刘冠坡
一、实验方案的设计步骤
（1）明确实验目的。 （2）设置适当的物理情景。
（3）选择实验器材。 （4）拟定试验方法
二、请你思考
• （1）实验需要测量那些物理量？ （2）可以用什么方法测量物体的速度? （3）如何对物体作功？怎样表示每次 做的功？ (4) 探究过程中，我们是否需要测出橡皮 筋做功的具体数值？
(5) 每次实验中橡皮筋拉伸的长度有什 么要求？
三 实 验 过 程
1、 调导轨水平，滑块在导轨任意位置上基本不动，
或稍微滑动但不总向一个方向滑动即可。测出挡光 片的宽度。 2、先将一根橡皮筋一端挂在在滑块上端的螺丝上， 另一端挂在气垫导轨一端的螺丝上。拉长橡皮筋记 下滑块位置。接通数字计时器电源，按下选择 显示1， 释放小车。记录挡光时间。
四、数据处理，寻找W与v的关系 问题：如何找到功与速度的关系？ 方法一：计算法 比较麻烦 方法二：图像法
简便直观，可以减少偶然 误差
五、结 论
弹簧弹力对小车做的功与速度的平方成正比 注：这里的弹力就是物体受到的合外力 因为小车从静止开始运动，初速度为零， 末速度就是小车速度的变化。 拓展：如果小车的初速度不为零，功与速度之 间应该有什么样的关系？
再 见
7.6、实验：探究功与 速度变化的关系
冠县一中
刘冠坡
一、实验方案的设计步骤
（1）明确实验目的。 （2）设置适当的物理情景。
（3）选择实验器材。 （4）拟定试验方法
二、请你思考
• （1）实验需要测量那些物理量？ （2）可以用什么方法测量物体的速度? （3）如何对物体作功？怎样表示每次 做的功？ (4) 探究过程中，我们是否需要测出橡皮 筋做功的具体数值？
(5) 每次实验中橡皮筋拉伸的长度有什 么要求？
三 实 验 过 程
1、 调导轨水平，滑块在导轨任意位置上基本不动，
或稍微滑动但不总向一个方向滑动即可。测出挡光 片的宽度。 2、先将一根橡皮筋一端挂在在滑块上端的螺丝上， 另一端挂在气垫导轨一端的螺丝上。拉长橡皮筋记 下滑块位置。接通数字计时器电源，按下选择 显示1， 释放小车。记录挡光时间。
高中物理说课素材：7.6《实验：探究功与速度变化的关系》(新人教必修2)
第三部分
归纳提升
1. 学生自己设计方案，再分组讨论，充分 调动学生学习的积极性，主动性，体现学生的 主体地位，体会集体的智慧。培养语言表达能 力，交往能力。 2. 三种甚至更多的方案，说明物理规律是 经得起实验检验的，培养了他们的发散思维能 力。 总之，在探究中让学生体会成功的喜悦，探 究的快乐，激发学习物理，研究物理问题的兴 趣，同时各方面素质得到全面发展。在学到知 识方法的同时，能够健康快乐的成长。
■ 分组讨论方案
六人一组，老师指导, 归纳得到一个 最为合理的方案。
■ 每组派代表汇报方案
■ 三种典型方案
方案一
•
器材： 光电门、滑块、气垫导轨 （一端有定滑轮） 、钩码 和数字毫秒计
实验原理： 将光电门分别固定在距滑块出发点为 S、2S的位置处, 让滑块在钩码的拉 力作用下由静止开始做匀加速运动, 经过两个光电门时纪录下速度,拉力 做功分别为W、2W,将光电门固定在 距滑块出发点3S、4S的位置处,保持 滑块质量和所挂钩码的质量不变，保 证绳子对滑块的拉力保持不变，让滑 块从同一位置出发,同样记录下过光 电门的速度,拉力对小车做的功分别 为3W、4W，同理可以获得其它实验 数据.实验中，拉力是不等于钩码的 重力的，但这并没有给实验结果造成 误差，因为实验中只要保证拉力不变 就可以了,拉力做的功就和拉力作用 的位移成正比.因此实验不要求勾码 的质量比滑块的质量小得多.
第二部分
探究方案设计
■ 引导功和速度的测量
设置问题引导学生设计方案： 1.用什么实验器材测量速度？怎么测？ 2.测量功需要测什么物理量，用什么实验器材 测量，怎么测？ 3.怎样通过一个实验同时测出速度和功?
■ 学生独立设计探究方案
1. 测速度：打点计时器或光电门 2. 测量功：用相同的橡皮筋的拉力做功或利 用重力做功
探究功和速度变化的关系-课件
课堂小结
1.通过认识这个实验，我们学到了一种 巧妙的方法，橡皮筋的功用改变橡皮筋 的条数代替。
2.影响实验结果的主要原因是摩擦力的 平衡是否恰当。
zxxk
1、 用多条橡皮筋时，橡皮筋的长度、粗细不一，使 橡皮筋对小车的拉力做的功与橡皮筋的条数不成正比。
2、小车受力为零的位置也不一定在设定的同一点。 学科网
一、橡皮筋做的功
橡皮筋做功是恒力做功还是变 力做功？如何处理橡皮筋做的功？
学生看书思考回答问题。
一、橡皮筋做的功
1.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.在改变橡皮筋的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？
学生思考讨论
C
? ?
BB A
提示：分析小车在运动过程中分别做 了什么样的运动？
三、数据处理功与速度的关系
得到的数据应该怎么处理？
某同学在探究功与物体速度变化的关系 时得到了w-v的一组数据如下：
w 0 1W 2W 3W 4W 5W 6W v 0 0.8 1.1 1.28 1.53 1.76 1.89 v2 0 0.64 1.21 1.64 2.34 3.1 3.57
一、橡皮筋做的功
轻
在实验中小车要受到阻力，为了使橡 推
皮筋的力为小车的合外力我们应该 小
怎么办？
F阻
F
车
平衡摩擦
小 车
FN
能
匀
F阻
F1 F
速 运
动
F2 G
二、小车速度的测量
小车获得的速度用什么测量？
应该选中间清晰均匀的点
AB
C
D
E
F
G
纸带上的 点距离是不均匀的，我们应该选取 纸袋上的哪部分点计算小车获得的速度？
第七章 6《实验 探究功与速度变化的关系》同步课件
解析：由实验数据得出 W 与 v2 成正比，所以根据数学知识
可知 W－v 图象是抛物线，且开口向上，故选 B.
C．在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致，当用 1 条、 2 条、3 条„„同样的橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功 就分别是 W、2W、3W„„ D．利用弹簧测力计测量对小车的拉力 F 和小车在拉力作 用下移动的距离 s，便可以求出每次实验中力对小车做的功，可 控制为 W、2W、3W„„ 解析：橡皮筋对小车的作用力是个变力，其力的变化不好 控制，且其做的功无法直接用公式进行计算，故 A、B 选项可 行性均不高；C 选项操作方便，且不用计算橡皮筋具体做的功； D 选项的操作不可取． 答案：C
v 和 v2 的数据已填在下面的表格中.
W/J v/(m·s－1) v2/(m·s－1)2 0.00 0.00 0.00 1.00 0.80 0.92 2.00 1.10 1.21 3.00 1.28 1.92 4.00 1.59 2.34 5.00 1.76 3.10 6.00 1.92 3.87
图 7－6－2
(2)实验数据记录(自己设计一个记录数据的表格)．
(3)实验数据处理及分析：在坐标纸上画出 W－v 和 W－v2
图线(第 1 次橡皮筋做的功 W 为纵轴的单位长度)． 【实验结论】 功与物体速度变化的关系为 W∝v2.
【例1】在做“探究功与速度变化的关系”的实验时，小 车的质量为 m，使用橡皮筋 6 根，每次增加一根，实验中 W、
小车相应获得的速度 v2 、v3 „„
【数据处理】 (1)测量小车的速度：实验获得如图 7－6－2 所示的纸带， 为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系，需要测量弹力做功 结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度．所以应在纸带
实验探究功与速度变化的关系
旳力与摩
F2 G
擦力平衡
2、测量因为橡皮筋做功而使小车 取得旳速度v 问题：怎样测量小车旳速度？
利用打点计时器打出旳纸带
问题：纸带上打出旳点并不都是 均匀旳，应该采用那些点来计算 小车旳速度？为何？
取点迹清楚且间距均匀旳部分
试 1、将打点计时器固定在一块平板上，让纸带旳一端
验 夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。将平板安
4、试验装置旳选用
误差分析
1、为了降低误差，应使小车总质量在300g左右。
2、测小车旳速度就在纸带上匀速运动旳阶段为测 量比很好。
3、作W-V或W-V2图象时，纵坐标旳单位长度 可拉得开些。
弹力做功刚完毕 时小车旳速度
用什么措 施处理数 据比较直
图
象 做W-v图
法
处
理 数
做W-v2图
据
做W-v3图
……
若为直线，则W与v成正比 若为曲线
若为直线，则W与v2成正比 若为曲线为何不做
W- v1图?
…… ……
数 据 处W 理1
2 3 4 5 6
0
v /(m/s)
0.80 1.10 1.28 1.53 1.76 1.89
试
验板、打
功
点计时器、铁钉等
与
小 打点计时器
车
小车
速
铁钉
度
变
化
纸带
旳
关
橡皮筋
木板
系
探 究旳 思 路
1、测量橡皮筋对小车做旳功W
2、测量因为橡皮筋做功而使小车 取得旳速度v
3、数据处理，寻找W与v旳关系
探究旳技巧
1、测量橡皮筋对小车做旳功W 问题：探究过程中，我们是否需要
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4
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 点计时器或光电门等。 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。 5 实验前需要平衡摩擦力。
v
2
即力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的
19
一、探究的思路 二、探究方案 方案一和方案二的器材、原理及注意事项。 三、采集数据，生成结论
W v2
20
当小车的质量比钩码的质量大很多(M>>m)时
F G
9
方案一的改进：使用气垫导轨
10
方案二：
打点计时器
小车
铁钉
纸带
橡皮筋 木板
11
思考：小车在木板上运动的过程中，哪一阶段橡皮 筋对小车做功？
C B A
? ? ?
怎样设计实 验才能解决 这一问题?
橡皮筋的弹力是变力， 且弹力与伸长量的关系 也不严格遵守胡克定 律 ，不容易计算。
橡皮筋做 的功
时间间隔t /s
匀速运动时的速度v /(m/s)
1
2
3 4
W 2W 3W 4W 5W
用什么方 法处理数 据比较直
弹力做功刚完毕 时小车的速度
5
15
图 像 法 处 理 数 据
做W - v 图
若为直线，则W与v成正比
若为曲线
做W - v 2图
若为直线，则W与v2成正比
若为曲线 ……
做W - v 3图
13
思考：小车在木板上做什么性质的运动（平衡摩 擦力后）？ 先加速后匀速再减速
我们要取的速度是哪个阶段的速度？这个速度该 如何测量？
橡皮筋恢复原长时小车匀速运动的速度。利用 打点计时器，用橡皮筋恢复原长时的一段位移 与所用时间的比值近似计算该速度
14
三、数据的处理
. .
实验 次数
.
.
.
.
.
.
.
.
2
3 4
2W
3W 4W
0.321
0.417 0.469
0.566569
0.645755 0.684836
0.27984 0.14803 1 6 从得到的数据可看出：W越大6W
0.529
0.571
0.727324
0.755645
17
0.32604
0.18616
18
实验结论： W 平方成正比。
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。
8
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
M F G M m 1 G m 1 M
6
实验：探究功与速度变化 的关系
1
弓弦做 的功与 箭的速 度变化 会是什 么关系 呢？
射箭
2
知识回顾 重力做功 重力势能 WG＝EP1－EP2 弹力做功 WF＝EP1－EP2 外力做功 弹性势能
速度 动能
3
1.理解探究功与速度变化的关系的实验原理。（重 点） 2.熟练运用打点计时器等器材，完成分组实验。 3.会采集、处理实验数据。（难点）
平衡摩擦力 F阻 F
FN
F阻 F1 F G
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
F2
6
2.探究方案
方案一： 打点计时器 纸带 小车 细绳
一端附有定滑轮的长木板
钩码
7
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，
……
为什么不做 W-- 1 图 v? 像
16
……
四、采集数据 生成结论
实验 次数 1 橡皮筋 做的功 W 匀速运动时的速度
v
0.232
v
2
v
3
v
0.481664
0.05382 4 0.10304 1 0.17388 9 0.21996 1
0.01248 7 0.03307 6 0.07251 2 0.10316 2
橡皮筋被拉伸 直到恢复原长 的过程中
橡皮筋对小车的 拉力做的功能否 直接测量？
12
解决方案 第一次用一条橡皮筋拉小车
做功W
第二次用两条完全相同的橡皮筋 并联起来栓到小车上拉小车，且 使每条橡皮筋都拉到和第一次的 相同位置
做功2W
依次类推，并联三条、四条……橡皮筋，且拉长到相同 位置，做的功为3W、4W……