7.6 实验：探究功与速度变化的关系-人教版物理必修二第7章机械能守恒定律课件【2019原创资源大赛】

郭雪鹏 临泉一中 6 6 实验:探究功与速度变化的关系 1 力对物体做功改变物体的速度，使动能发生变化.动能与物体速度存在联系.欲要研究清楚动能与速度的关系，可以通过做功这一途径进行探究. 本节将通过实验探究力对物体做功与物体速度变化的关系，希望由此得到动能表达式的线索. 方案一 纸带 打点计时器 实验原理：重物通过滑轮牵引小车运动，利用纸带记录测量小车的速度.重物重力当作小车牵引力，改变小车运动距离，改变牵引力做功，从而探究做功与速度的关系. 问题1 ：如何测量小车的速度？ 小车做匀变速直线运动,中间时刻瞬时速度等于该段时间的平均速度. v1=(x1+x2)/(2T ) v2=(x2+x3)/(2T ) vn=(xn+xn+1)/(2T ) ·· · · · · · · · · 0 1 2 3…… n-1 n n+1 x1 x2 xn+1 xn x3 注意：使用毫米刻度尺测量距离应估读到0.1mm 问题2：如何测量对小车做功的作用力？ 平衡摩擦力 调节导轨一端螺丝高度，使得小车重力沿导轨方向的分力与阻力平衡.轻推小车，若在纸带上打出的墨点间的距离相等，说明重力分力与阻力平衡. 重物质量远小于小车质量 在小车上适当添加砝码，使得重物质量远小于小车质量，那么可以认为细线牵引力等于重物重力. 证明:试对小车和重物根据牛顿第二定律列方程求解细线张力，当重物质量远小于小车质量时，细线张力近似等于重物重力 问题3：如何计算小车运动一段位移合力做的功？ 细线张力T=m物g，小车位移等于纸带上两计数点的距离x，二者的乘积为合力对小车做功.由于拉力恒定，W∝x.可以不测量重物的质量，用距离代表功. 方案二 物体做自由落体运动，重力做功改变物体速度。通过打点计时器记录的纸带测量重物的速度，测量计数点间的距离计算重力做功. 思考：方案一和方案二中均为恒力做功。功与速度变化的关系不仅适用于恒力做功，同样适用于变力做功。如何设计实验探究变力做功与速度变化的关系？ 方案三 实验原理：小车在橡皮筋作用下弹出，一条橡皮筋做功为W，采用n条橡皮筋做功为nW.测出小车被弹出后的速度，探究橡皮筋对小车做功与小车速度的关系. 问题1：实验前是否需要平衡摩擦力？ 问题2：橡皮筋的形变量有何要求？如何操作满足实验要求？ 实物图 使用不同条数橡皮筋对小车做功，橡皮筋形变量必须相同，小车释放位置必须相同。在导轨上标记一条细线，表示每次小车释放的位置。 问题3：计算小车速度，应选择纸带上打出的哪一段？ 应该测量橡皮筋对小车做功结束后小车的速度。弹力做功结束，小车做匀速直线运动.应测量点迹间隔均匀的距离，计算小车速度. 数据处理方法 计算出各计数点速度和做功，可以先画出W-v草图，大致判断两个量可能是什么关系。如果认为可能是W∝v2，对每个速度值算出其平方值，以W为纵坐标，v2为横坐标作图. 实验数据举例(方案一) 距离/cm 计数点 v/(m·s-1) W/J 0-1 3.77 1 0.455 0.01847 1-2 5.33 2 0.605 0.04459 2-3 6.77 3 0.7395 0.07776 3-4 8.02 4 0.8725 0.11706 4-5 9.43 5 1.0005 0.16327 5-6 10.58 6 1.122 0.21511 6-7 11.86 W-v图像 W-v 0.45500000000000002 0.60500000000000065 0.73949999999999994 0.87249999999999994 1.0004999999999975 1.1219999999999974 1.8473000000000031E-2 4.4590000000000136E-2 7.7763000000000235E-2 0.11706100000000023 0.16326800000000052 0.2151100000000003 v(m/s) W/J W-v0.5 0.67453687816160202 0.77781745930520263 0.85994185849974991 0.93407708461347161 1.0002499687578101 1.0592450141492289 1.8473E-2 4.4590000000000102E-2 7.776 3000000000151E-2 0.11706100000000012 0.16326800000000027 0.21511000000000027 W-v2 W = 0.187v2 - 0.023 R² = 0.999 0.20702499999999996