7.6 实验：探究功与速度变化的关-【点石成金系列】2020-2021学年高中物理课件（人教版必修2）

§7.6 实验：探究功与速度变化的关系 弹性势能 重力势能 动能 重力做功 弹力做功 外力做功 速度 ？ WG＝EP1－EP2 WF＝EP1－EP2 复习引入 做功意味着物体的速度发生变化 动能的变化与做功有关 实验:探究做功与速度变化的关系 初认识：动能与速度有关，速度越大，动能越大。 表达式：动能与速度定量关系需要探索。 3 一、实验目的 假设初速度为零，实验转化为探究合力做功与末速度的关系 3.怎样通过一个实验同时测出速度和计算出功? 【引导】 探究功与速度变化的关系 1.用什么实验器材测量速度？怎么测量？ 2.测量功需要测什么物理量？用什么实验器材测量？怎么测量？ 要解决的问题 【思路引导】 （1）可以用打点计时器测量小车的速度。 （2）可以用与气垫导轨配套的光电门的方法来测量小车运动的速度。 1.速度的测量 5 （1）用恒力做功。例如，用一砝码盘牵引着小车做实验，可以通过改变砝码盘的质量或增加小车距离，用W=FS表示功的大小。 （2）用变力做功。例如，用课本上采用的通过增加每次牵引小车的橡皮筋数目的办法增加功的倍数。 2.功的测量 6 钩码 小车 细绳 纸带 打点计时器 一端附有定滑轮的长木板 二、探究方案 方案一： 实验器材：一端带定滑轮的光滑长木板、小车、打点计时器、钩码、纸带、细绳、毫米刻度尺等 方案一的原理： 小车放在光滑平板上，一端用细绳连接着质量为m的钩码，小车从静止开始做匀加速直线运动，用纸带记录小车移动的距离x1、x2……与对应的速度v1、v2 ……，测出对小车拉力大小F，计算出拉力做的功w1、w2……，确定功和速度变化的关系。 保持小车质量不变，改变钩码的质量或者改变小车运动的距离，可以得到多组数据。 【注意事项 】 ①小车在木板上运动时会受到阻力，可以采用什么方法进行补偿？ 使木板稍微倾斜，用重力的分力来平衡小车运动过程中受到的阻力 ②绳子对小车的拉力等于钩码重力要满足什么条件？ 钩码的质量要远远小于小车的质量 G f FN F F2 F1 平衡摩擦力 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 当小车的质量比钩码的质量大很多( M >> m ) 时，小车所受绳子的牵引力 F 近似地等于钩码的重力 G。 这时，小车所受合力就等于绳子的牵引力 F F阻 F mgsinθ＝μmgcosθ tanθ＝μ 阻力来源: 木板摩擦、打点计时器的摩擦 使用气垫导轨 方案一的改进：使用气垫导轨 【数据处理】 （1）利用纸带测量小车运动的距离，求出对应的速度大小。 （2）根据钩码的质量，在满足钩码远小于小车质量的条件下，得到细绳对小车的拉力大小。 （3）算出对应距离内拉力对小车做的功。 （4）测出多组数据利用图像法确定功与速度变化的关系。 【误差分析】 （1）打点计时器与纸带之间存在摩擦力，小车与空气存在阻力。 （2）测量长度时存在偶然误差。 （3）用钩码的重力代替细绳对小车的拉力存在系统误差。 橡皮筋 小车 打点计时器 纸带 木板 铁钉 方案二： 实验器材：光滑木板、打点计时器、纸带、小车、橡皮筋（多根）、铁钉、砝码等 （1）关于功的测量 不需要 ①橡皮筋对小车做的功能否直接测量？ 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，很难直接测量。 ②是否需要测出橡皮筋做功的具体数值？ 【问题解决】 第一次用一条橡皮筋拉小车 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，且使每条橡皮筋的伸长都和第一次的伸长量一样 做功W 做功2W 依次类推，并联三条、四条……橡皮筋，且拉伸的长度都一样，做的功为3W、4W…… 采取的措施： 16 通过每次增加一根橡皮筋的方法表示功的大小。 ③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？ 橡皮筋的长度、粗细应相同 ④小车在木板上运动的过程中，哪一阶段橡皮筋对小车做功？ 橡皮筋被拉伸直到恢复原长的过程中 ⑤每次实验中橡皮筋拉伸的长度有什么要求？ 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？ 要相同 每条橡皮筋每次做功相等 ⑦如何使拉力做的功等于合力做的功？即如何抵消摩擦力。 ⑥橡皮筋对小车做的功是合力做的功吗？ F阻 F G F阻 FN F F2 F1 mgsinθ＝μmgcosθ. tanθ＝μ 还有摩擦力、阻力做功 把木板的一端垫高，使重力沿斜面向下的力与摩擦力平衡 21 纸带分析 开始阶段，两点间距不断增大，此时，小车与橡皮筋尚未分离，在弹力作用下，小车的速度增大。 中间阶段，相邻两点间距基本相同，此时，小车与橡皮筋脱离，小车在斜面上运动，合力为零，保持匀速直线运动。 末尾阶段，相邻