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高中物理第七章机械能守恒定律第六节实验:探究功与速度变化的关系课堂探究学案新人教版必修2

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第六节 实验:探究功与速度变化的关系
课堂探究 一、注意事项 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。 二、误差分析 1.误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一,使橡皮筋的拉力与橡皮筋的条数不成 正比。 2.平衡摩擦力不彻底或平衡过度也会造成误差。 3.利用打上点的纸带计算小车的速度时,测量不准带来误差。 三、数据处理 1.速度数值的获得:实验获得的是如图所示的纸带,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,即小车做匀速运动的速度。所以,应 该在纸带上测量的物理量是图中 A1、A3 间的距离 x,小车此时速度的表达式为 v= ,其中 2T

x

T 是打点计时器的打点周期。即选择相邻距离基本相同的若干点 A1、A2、A3…来计算小车匀
速运动时的速度。

2.计算小车做的功分别为 W、2W、3W…时对应的 v、v 、v 、 v…的数值,填入表格。

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3.逐一与 W 的一组数值对照,判断 W 与 v、v 、v 、 v…的可能关系或尝试着分别画 出 W 与 v、W 与 v 、W 与 v 、W 与 v间关系的图象,找出哪一组的图象是直线,从而确定功
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与速度的正确关系。 (1)用计算法处理实验数据: 在确定了橡皮筋对小车所做的功并测出了小车获得的速度后, 如果作出的 W-v 曲线不是 一条直线,可以采用计算的方法,即根据测得的速度分别按 W∝v 、W∝v 、W∝ v …,算出
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相应的功的值,实际测得的速度与哪一种最接近,它们之间就具有哪一种关系。

(2)用图象法处理实验数据: 我们也可根据实验测得的数据,分别作出 W-v 曲线、W-v 曲线、W-v 曲线……。如果哪 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,要比计算法更简捷而直观。 【例 1】 (对实验的操作及原理的考查)关于“探究功与速度变化的关系”的实验中, 下列叙述正确的是( )
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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.先接通打点计时器的电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出 解析: 本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳, 只要测出以后各次实验时橡 皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足够了,A 错。每次实验橡皮筋拉伸的长度必须 保持一致,只有这样才能保证以后各次实验时,橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍,B 错。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。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。 答案:D 题后反思 理解实验原理与探究步骤是解题的基础,回答该类问题,应该围绕实验探究 原理与思路,数据处理与减少误差等因素加以分析判断。 【例 2】 (实验数据的处理)如图所示为某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的 实验装置,图中小车是在一条橡皮筋的作用下弹出,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

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纸带测出。

(1)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(根据如图所示的纸带回答);

(2)下面是本实验的数据记录表。

请 运 用 表 中 测 定 的 数 据在 如 图 所 示 的 坐 标 系 中作 出 相 应 的 图 象 , 得 出的 结 论 是 ________________________________________________________________________。

解析:(1)应取小车达到匀速运动的区域来计算,G、J 之间某一段或 GJ 全部。 (2)作出 Wn-vn图象,如图所示。在误差允许的范围内,图线是过原点的直线,说明 Wn 与 vn与正比。
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答案:(1)GJ(只要取匀速部分均为正确) (2)见解析 【例 2】 (创新设计实验)如图所示,汽车已成为人们外出的重要交通工具之一,评价 汽车性能的主要指标有动力性、经济性、稳定性、制动性等,其中制动性主要是指在良好的 路面上,汽车迅速降低车速直到停车的距离,表中记录的是汽车以不同速率行驶时,制动后 所经过的距离。

汽车速率 v/(km·h
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)

制动距离 s/m 1 4 16 25 36

10 20 40 50 60

请根据表中的数据,用图象分析推断克服阻力做功与汽车速率变化之间的关系。 解析:制动过程中阻力不变,设每制动 1 m,克服阻力做的功为 W1、则制动 4 m、16 m、 25 m、36 m,克服阻力做的功分别为 4W1、16W1、25W1、36W1,作出 W-v 图象如下图所示。

可见 W 与 v 不是正比关系,猜想 W 与 v 成正比,作出 W-v 图象如下图所示。

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可见 W 与 v 成正比。 答案:见解析

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