高中物理公开课优质课件精选——《实验：探究功与速度变化的关系》.ppt
,实验：探究功与速度变化的关系,执教教师：XXX,一、实验：探究功与速度变化的关系1实验目的：(1)探究功与物体速度变化的关系(2)感悟实验方案的设计和实验数据的处理方法2实验的方法：如图所示，依次用1根、2根、3根同样的橡皮筋与物体相连接，并且每次将橡皮筋拉伸相同的长度，这样操作，无须计算就可知道橡皮筋对物体所做的功依次为W、2W、3W,而每次橡皮筋对物体做功后的速度，可用打点计时器测出3实验器材：本实验需要的器材有：打点计时器(含纸带、学生电源、复写纸、连接导线)、同种橡皮条(10根)、小车、长木板、钉子、刻度尺4实验步骤：(1)按图连接好器材橡皮筋的一端套在小车上，另一端套在钉子上，第一次用两根橡皮筋将长木板倾斜一个角度，使重力沿斜面向下的分力平衡小车受到的滑动摩擦力,(2)将小车拉到靠近打点计时器的位置(在橡皮筋弹性限度内)，并标记下此位置；接通电源后松手(3)换上纸带，并在纸带上做好标记，每次加接两根橡皮筋，然后将小车拉到同一位置，接通电源后松手依次再做四次(4)根据纸带求橡皮筋对小车做功后的速度在每条纸带上找出点间间距相等的那部分，它记录的是小车做匀速运动的情况，如图所示的计数点B、E、C部分用刻度尺量出计数点B、C之间的距离d，设相邻两计数点间的时间间隔为T，那么，橡皮筋对小车做功后的速度：vi .,(5)分析测量数据得出实验结论根据实验所得数据Wi与vi，猜想Wi与vi的关系，先看它们是否满足最简单的正比关系，即：Wivi.接着再猜想Wivi2？大致成立后，再作Wivi2图进行验证5实验结论：Wivi2.6实验中应注意事项(1)平衡摩擦力：实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用，为了保证橡皮筋对物体的功就是合外力的功，必须设法排除摩擦力的影响可采用将木板一端垫高的方法来实现将木板一端垫高，让自由小车(不系橡皮筋时)能在木板上匀速运动，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就消除了摩擦力的影响,(2)每次实验所用的每条橡皮筋，其长度、材料和粗细都应是相同的，并且橡皮筋拉伸的长度都保持一致(3)打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选点间间距相等的一段纸带来计算小车的速度，因这一小段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形二、实验：验证机械能守恒定律1实验目的：验证物体做自由落体运动时机械能守恒巩固由纸带求瞬时速度的方法，体验误差分析,2实验原理：自由下落的物体只有重力做功，若减小的势能等于增加的动能，即： ，则物体机械能守恒3实验的方法：让连着纸带的重物由静止自由下落，重物下落的高度h，和下落高度h时重物的速度v，可根据纸带得出看 是否成立,EpEk,4实验器材：铁架台，重锤，打点计时器，低压交流电源，电键，刻度尺，复写纸，纸带，导线,5实验步骤：(1)按装置图安装好器材，注意打点计时器板面竖直，保证两个限位孔中心在同一竖直线上，并用导线将计时器接到低压交流电源上(2)将长约1米的纸带一端用小夹子固定在重物上后，另一端(上端)穿过打点计时器限位孔，用手提着纸带，使重物静止并靠近计时器的下方(3)接通电源，让重物带动纸带自由下落，计时器在纸带上打下一系列的点(4)换几次纸带，重复上述(2)、(3)步骤,7实验中应注意事项(1)因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量m，而只需验证 vn2ghn就行了(2)打点计时器要竖直架稳，使板面在同一竖直平面内，其两限位孔中心要在同一竖直线上，以尽量减少纸带与打点计时器间的摩擦阻力作用(3)实验时，必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落(4)测量下落高度时，都必须从起始点算起，不能弄错为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些,(5)由于实验中不可避免地存在纸带与限位孔、振针间的摩擦及空气阻力作用，因此减小的重力势能值Ep要大于增加的动能值Ek.(6)在选择已打点纸带时，要选择点迹清晰、第1、2两个计数点间距离接近2 mm的,题型一：对“探究功与速度变化的关系”的考查例1 某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系” 的实验如图，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_电源(填“交流”或“直流”)(2)实验中小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力，则下面操作正确的是()A放开小车，能够自由下滑即可B放开小车，能够匀速下滑即可C放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可D放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可,(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),(5)某同学实验操作正确，数据记录较真实，他根据实验中的数据，画出Wv的图象，应为下图中的哪一个(),【解析】(1)电磁打点计时器要求使用低压交流电源电火花打点计时器要求使用220 V交流电源(2)平衡摩擦力的目的之一是使是橡皮筋恢复原长后小车能匀速运动，进而测出小车在弹力作用下获得的速度，这就要求小车在拖着纸带的情况个能够匀速下滑，选D.(3)当板水平放置时，小车运动中所受摩擦力与橡皮筋的弹力平衡时，加速度为零，速度达到最大，此时橡皮筋应仍处于伸长状态，小车的位置不到两铁钉的连线处，选B.(4)在橡皮筋的弹力消失后，小车匀速运动其速度就是小车在橡皮筋的弹力消失时的速度由图可知，应选取GJ中的一段(5)通过实验可知，做的功W与小车速度v2成正比，故与v应是二次函数关系，故B正确,【答案】(1)交流(2)D(3)B(4)GJ(5)B,【方法与知识感悟】对实验“探究功与速度变化的关系”的考查，着重在以下几方面：(1)对实验原理中如何确定合力的功的理解，平衡摩擦力，保证橡皮筋对小车做的功即为合力的功通过更换橡皮筋的条数实现合力的功的成倍变化，这势必要求每次实验时，橡皮筋的形变量相同，及小车从同一位置释放,(2)对小车的运动状态的分析和获得的速度的理解：小车获得的速度应为橡皮筋恢复原长，对小车做功完毕后的速度，即小车匀速运动时的速度，利用纸带上的点间距均匀部分来计算小车获得的速度(3)对图像法处理数据的考查,例2 某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤如下连接好实验装置如图所示将质量为200 g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车,在质量为10 g、30 g、50 g的三种钩码中，他挑选了一个质量为50 g的钩码挂在拉线的挂钩P上释放小车，打开打点计时器的电源，打出一条纸带(1)在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条经测量、计算，得到如下数据：第一个点到第N个点的距离为40.0 cm.打下第N点时小车的速度大小为1.00 m/s.该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力，拉力对小车做的功为_J，小车动能的增量为_J.,(2)此次实验探究结果，他没能得到“恒力对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差很大，显然，在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下，造成较大误差的主要原因有：_,【答案】(1)0.1960.100(2)见解析,【方法与知识感悟】对于实验“探究功和速度变化的关系”的实验变式，主要在以下两方面：(1)对做功的测定变式：可利用“验证牛顿第二定律”的实验装置，若要认为小车受的合力大小为钩码重力大小，应满足两个条件平衡摩擦力小车的质量远大于钩码的质量；也可用拉力传感器直接测定拉力大小(2)对小车获得的速度的测定变式：测速度还可用光电门、速度传感器、平抛测速等,题型二：对“验证机械能守恒定律”实验的考查例3 在用自由落体运动验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图所示，其中O点是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的三个点，该同学用毫米刻度尺测量O点到A、B、C各点的距离，并记录在图中(单位cm)已知打点计时器电源频率为50Hz，重物质量为m，当地重力加速度g9.80 m/s2.,(1)这三组数据中不符合有效数字读数要求的是_(2)该同学用重物在OB段的运动来验证机械能守恒定律，先计算出该段重物重力势能的减小量为_，接着从打点计时器打下的第一个点O数起，数到图中B点是打点计时器打下的第9个点，他用vBgt计算跟B点对应的重物的瞬时速度，得到动能的增加量为_(均保留三位有效数字)这样他发现重力势能的减小量_(填“大于”或“小于”)动能的增加量，造成这一错误的原因是_,(2) 打点计时器产生的误差由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差计数点选择不好、振动片振动不均匀、纸带放置方法不正确引起摩擦，造成实验误差打点时的阻力对纸带的运动性质有影响，这也属于系统误差(3) 由于测长度带来的误差属偶然误差，减少办法一是测距离时都应从O点量起，二是多测几次取平均值3实验改进物体下落过程中通过某一位置的速度可以用光电计时器测出来，利用这种装置验证机械能守恒定律，能消除纸带与限位孔的摩擦阻力带来的系统误差,1在用如图所示装置做“探究动能定理”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,【解析】实验通过增加橡皮筋的条数，使橡皮筋对小车做的功成倍增加，故A正确，B错误小车的速度对应的是橡皮筋对小车做功完毕时的情形，故C正确，D错误,d用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀加速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v0.以上方案中只有一种正确，正确的是 .(填入相应的字母),d,【解析】本题考查的是验证机械能守恒定律中的纸带处理问题a项中的h与时间t很难对应；b项中的前提已经运用了结论内容；c项中h不是计算出的，是测量出的所以只有d正确,(1)滑块的速度v1、v2如何求出？滑块通过G1时的高度h如何求出？(2)若测得图中L1 m，x0.5 m，H20 cm，m500 g，滑块通过G1和G2的时间分别为5.0×102 s和2.0×102s，当地重力加速度g9.80 m/s2，试判断机械能是否守恒,【夯实基础】1关于“探究做功与速度变化的关系”的实验中，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先接通打点计时器电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出,D,【解析】本实验没有必要测出橡皮筋做功的具体数值，只要测出以后几次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足够了，A错误；每次实验橡皮筋伸长的长度必须保持一致，只有这样才能保证以后几次实验时，橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍，B错误；小车运动中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，才能减小误差，C错误；实验时，应该先接通电源，让打点计时器开始工作，然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出，D正确,3. 关于验证机械能守恒定律实验，下面列出一些实验步骤：A用天平称出重物和夹子质量B将重物系在夹子上C将纸带穿过打点计时器的限位孔，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子靠近打点计时器，处于静止状态D把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调到6 V(电源不接通)E把打点计时器用铁夹固定放到桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直面内,F在纸带上选取两个点，进行测量并记录数据G用秒表测出重物下落的时间H接通电源，待计时器打点稳定后释放纸带I切断电源J更换纸带，重新进行两次实验K在三条纸带中选出较好的一条L进行计算，得出结论，完成实验报告M拆下导线，整理器材对于本实验以上步骤中，不必要的有 ；正确步骤的合理顺序是 (填写代表字母),A、G,E、D、B、C、H、I、J、K、,F、L、M,【解析】根据实验原理和操作步骤可知不必要的有A、G；正确步骤的合理顺序是E、D、B、C、H、I、J、K、F、L、M.,【能力提升】4“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图所示的甲或乙方案来进行自由落体实验斜面小车实验验证机械能守恒定律 验证机械能守恒定律,(1)比较这两种方案， (选填“甲”或“乙”)方案好些，理由是 (2)如下图是该实验中得到的一条纸带，测得每两个计数点间的距离如图中所示，已知每两个计数点之间的时间间隔T0.1 s物体运动的加速度a ；该纸带是采用 (选填“甲”或“乙”)实验方案得到的，简要写出判断依据 ,甲,该方案摩擦阻力小，误差小，操作,方便,4.83 m/s2,乙,因为物体的加速度比g小,得多,BC,5某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”，如图所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小在水平桌面上相距50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器记录小车通过A、B时的速度大小，小车中可以放置砝码.,(1)实验主要步骤如下：测量 和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路；将小车停在C点， ，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度；在小车中增加砝码，或 ，重复的操作(2)表1是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量m之和，|vB2vA2|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量E，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功,小车、砝码,然后释放小车,减少砝码,表1数据记录表,表格中E3 ，W3 .(结果保留三位有效数字),0.600,0.610,(3)根据表1，请在图中的方格纸上作出EW图线,6. 某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律弧形轨道末端切线水平，离地面的高度为H.将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s.,(1)若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足：s2 (用H、h表示)(2)该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：,4Hh,请在原坐标纸上作出s2h关系图(3)对比实验结果与理论计算得到的s2h关系图线(图中已画出)，自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率 (填“小于”或“大于”)理论值(4) 从关系s2h图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是,小于,小球,下滑过程中的各种摩擦和在运动过程中的转动，都消,耗小球的能量，故有所偏差,(2)如图所示：(3)从上图中可以得出一高度静止释放时的钢球水平抛出的速率小于理论值(4)小球下滑过程中的各种摩擦和在运动过程中的转动，都消耗小球的能量，故有所偏差,【开拓视野】7利用图(a)所示实验装置可粗略测量人吹气产生的压强两端开口的细玻璃管水平放置，管内塞一潮湿小棉球，实验者从玻璃管的一端A吹气，棉球从另一端B飞出，测得玻璃管内部截面积S，距地面高度h，棉球质量m，开始时棉球的静止位置与管口B的距离x，落地点C与管口B的水平距离l，然后多次改变x，测出对应的l，画出l2x关系图线如图(b)所示，并由此得出相应的斜率k.,(1)若不计棉球在空中运动时的空气阻力，根据以上测得的物理量可得，棉球从B端飞出时速度v0 .(2)假设实验者吹气能保持玻璃管内气体压强始终为恒定值，不计棉球与管壁的摩擦，重力加速度g、大气压强p0均为已知，利用图(b)中直线的斜率k可得，管内气体压强p .(3)考虑到实验时棉球与管壁间有摩擦力，则(2)中得到的p与实际压强相比 (填“偏大”、“偏小”),偏小,谢谢观看,请指导,
