2019-2020年高中物理人教版必修2教学案：第七章 第6节 实验：探究功与速度变化的关系(含解析)

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1、2019-2020年高中物理人教版必修2教学案：第七章第6节实验：探究功与速度变化的关系(含解析)一、实验目的1．通过实验探究力对物体做功与物体速度变化的关系。2．体会探究过程和所用的方法。二、实验原理让橡皮筋拉动小车做功使小车的速度增加，使拉小车的橡皮筋的条数由1条变为2条、3条……则橡皮筋对小车做的功为W、2W、3W、……通过对打点计时器所打纸带的测量计算出每次实验后小车的速度，最后分析每次做的功与获得的速度的关系，总结出功与获得的速度变化的关系。三、实验器材木板、橡皮筋(若干)、小车、打点计时器、低压交流电源、纸带、刻度尺等。四、实

2、验步骤1．按如图761所示安装好实验仪器。图7612．平衡摩擦力：将安装有打点计时器的长木板的一端垫起，纸带穿过打点计时器，接到小车上，不挂橡皮筋，接通电源，轻推小车，打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点。3．第一次先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车的运动情况。4．换用2条、3条、4条…同样的橡皮筋做实验，并将橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，用打点计时器和纸带记录小车的运动情况。五、数据处理1．速度数值的获得：实验获得的是如图762所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功与小车速度的关系，需要测量的是弹力做功结束时小车的速度，即小车做

3、匀速运动的速度。所以，应该在纸带上测量的物理量是图中间隔均匀的点A1、A3间的距离x，小车此时速度的表达式为v＝，其中T是打点计时器的打点周期。图7622．计算小车做的功分别为W、2W、3W…时对应的v、v2、v3、…的数值，填入表格。W2W3W4W5Wvv2v33.逐一与W的一组数值对照，判断W与v、v2、v3、…的可能关系或尝试着分别画出W与v、W与v2、W与v3、W与间关系的图像，找出哪一组的图像是直线，从而确定功与速度的正确关系。六、误差分析1．系统误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋拉力做的功与橡皮筋的条数不成正比。

4、2．系统误差的另一主要来源是摩擦力平衡得不合适。3．利用纸带确定物体的速度时，点间距测量不准会带来偶然误差。4．作图描点不准确也会带来偶然误差。七、注意事项1．平衡摩擦力的方法：将木板一端垫高，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。2．测小车速度时，应选纸带上点均匀的部分，也就是测小车做匀速运动时的速度。3．所选橡皮筋的劲度系数应小一些，小车质量应大一些，以使纸带上打的点多一些。4．所选橡皮筋的规格应一样，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。5．每次释放小车时，都要让它从同一位置

5、由静止开始运动。[例1]　在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图763)：图763(1)下列说法哪一项是正确的(　　)A．平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上B．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量C．实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放(2)图764是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O、A、B、C计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，则打B点时小车的瞬时速度大小为________m/s(保留三位有效数字)。图764[解析]　平衡摩擦力的原理就是在没有拉力的情况下调整斜面倾角，使μ＝tanθ，A错；

6、为减小系统误差应使钩码质量远小于小车质量，B错；实验时使小车靠近打点计时器能充分利用纸带，由静止释放则后面点测出的动能即等于该过程的动能变化量，便于利用实验数据进行探究，故(1)选C。据vB＝＝0.653m/s，可得打B点时小车的瞬时速度。[答案]　(1)C　(2)0.653[例2]　用如图765所示的装置，探究功与物体速度变化的关系。实验时，先适当垫高木板，然后由静止释放小车，小车在橡皮筋弹力的作用下被弹出，沿木板滑行。小车滑行过程中带动通过打点计时器的纸带，记录其运动情况。观察发现纸带前面部分点迹疏密不匀，后面部分点迹比较均匀，回答下

7、列问题：图765(1)适当垫高木板是为了________________。(2)通过纸带求小车速度时，应使用纸带的________(选填“全部”“前面部分”或“后面部分”)。(3)若实验做了n次，所用橡皮筋分别为1根、2根…n根，通过纸带求出小车的速度分别为v1、v2…vn，用W表示橡皮筋对小车所做的功，作出的Wv2图线是一条过坐标原点的直线，这说明W与v的关系是_______________________________________________。[解析]　(1)为使橡皮筋对小车做的功等于合力对小车做的功，需利用小车重力沿木板方

8、向的分力平衡摩擦力。(2)实验中需要求橡皮筋做功后小车获得的速度，所以应用纸带的后面部分。(3)“过原点的直线”意味着纵横坐标轴对应的两个量成正比关系。[答案]　(1)平衡摩擦力　(2)后面部