高中6.实验：探究功与速度变化的关系导学案

6.实验：探究功与速度变化的关系

问题导学

一、实验原理和实验过程

活动与探究1

1．“探究功与速度变化的关系”的实验原理是什么？

2．本实验中要求橡皮筋的力应是小车所受的合外力，但是小车还受到木板的摩擦力。应如何消除摩擦力对实验的影响？

3．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？不这样做会出现什么现象？

4．选取纸带测速度的依据是什么？

迁移与应用1

探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图所示，实验主要过程如下：

（1）设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、…；

（2）分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度v1、v2、v3、…；

（3）作出W－v草图；

（4）分析W－v图象。如果W－v图象是一条直线，表明W∝v；如果不是直线，可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝等关系。

以下关于该实验的说法中有一项不正确，它是（　　）

A．本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、…所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条、…橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、…实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、…

B．小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜

C．某同学在一次实验中，得到一条记录纸带。纸带上打出的点，两端密、中间疏。出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小

D．根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算

本实验应注意以下几点：

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；[来源:学#科#网Z#X#X#K]

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、数据处理和误差分析

活动与探究2

1．本实验中，小车的运动可分为两个阶段，在纸带上对应第一阶段的点是如何分布的？对应第二阶段的点是如何分布的？应该用哪些点来求小车获得的速度？

2．根据你画的W－v图线，你能得出功与速度之间的定量关系吗？为什么？所画的这条图线能起什么作用？

3．数据处理中为什么要寻求两物理量之间的直线关系？[来源:Zxxk.Com]

4．通过本节的探究，最后我们得到橡皮筋对小车所做的功与小车获得的速度之间的关系是什么？

5．本实验的误差来源有哪些？为减小误差，选用橡皮筋有什么要求？

迁移与应用2

某同学利用图甲探究力对物体做的功与物体速度的关系，得到了下表的数据：

（注：每条橡皮筋拉长的长度都一样）

甲

乙

（1）由表可得出定性结论：_______________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）设一条橡皮筋拉长到固定长度所做的功为W0，大致画出橡皮筋所做的功W与小车速度v关系的图象。（画在图乙中）

（3）由图象大致可判断出W与v的关系是___________________________________

________________________________________________________________________。

（4）填写下表的空白部分

根据W、v数据探究功和速度变化的关系时，要搞清逻辑推理的科学顺序，并善于利用图象法进行数据分析，寻找函数关系，本实验的探究思想和方法在物理实验中有着广泛应用，值得引起重视。

答案：

【问题导学】

活动与探究1：1．答案：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结束时小车的速度，最后分析每次做的功与速度的关系，总结出功与速度的关系。

2．答案：实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功。我们研究的是橡皮筋做的功与小车速度变化的关系，应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，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就能消除摩擦力对小车运动的影响。

3．答案：每次必须拉至相同位置，目的是保证每次实验每条橡皮筋的弹性势能相同，这样橡皮筋总的弹性势能与条数成正比，使得做的功与橡皮筋的条数成正比，随着橡皮筋条数的增多，做功分别为W、2W、3W……若不严格拉至同一位置，就不满足上述情况，造成误差加大。

4．答案：打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度，因这一小段对应的是橡皮筋对小车做功完毕时的状态（匀速运动）。（小车速度也可借助光电门来测量）

迁移与应用1：D　解析：由实验原理可知改变橡皮筋做功多少的办法是靠改变橡皮筋条数来实现的，A对。为使橡皮筋的拉力等于小车所受的合外力，通过使木板倾斜的方法平衡摩擦阻力，B对。若没有平衡或平衡摩擦力不足的话，就会出现橡皮筋拉力为零后，小车减速运动，打出的点逐渐变密，C对。外力做功后小车速度达到最大，表现为点间距最大且相对均匀，所以计算速度，应以最后一段点间距进行计算，D错。

活动与探究2：1．答案：相邻两点间的距离越来越大；均匀分布；第二阶段对应的点。

2．答案：不能，但可根据这条曲线猜测功与速度间的关系。

3．答案：在对实验数据的处理中，可分别试探画出W与v、W与v2、W与v3、W与之间的图象，通过试探和拟合，确定W与v的关系。因为直线关系最容易判断出两个物理量间的关系，所以通过试探，找出哪一组组合是正比关系，最后确定功与速度的最终关系。

4．答案：橡皮筋对小车所做的功与小车获得的速度的平方成正比。

5．答案：实验中误差的主要来源，首先是橡皮筋的长度、粗细不一，从而使橡皮筋的拉力与橡皮筋的条数不成正比；其次是小车受力为零的位置不一定在设定的初始点；最后，由于小车不受拉力的位置不一定在设定的初始点，这就使拉力做的功与橡皮筋的条数不成正比，而作图时纵坐标的单位长度仍然将功按与橡皮筋的条数的正比关系取值，这样就使作出的W、v2各对应点的分布与W－v2图象发生偏离。

迁移与应用2：答案：（1）定性结论：橡皮筋做的功与小车获得的速度有关，并且做功越多，小车获得的速度越大。

（2）W与v关系的图象为抛物线，如图所示。

（3）可能是W∝v2

（4）如表

解析：每条橡皮筋拉长的长度都一样，一条橡皮筋拉长到固定长度所做的功为W，则做功与拉长橡皮筋条数成正比，第2、3、4、5次拉长橡皮筋做功应分别为3W、4W、5W、7W。