2016-2017学年人教版必修二第七章实验：探究功与速度变化的关系学案2.docx

学案7　实验：探究功与速度变化的关系 [学习目标定位] 1.通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系.2.学习利用图象法研究功与物体速度变化的关系． 一、分析与猜测 1．通过研究重力做的功，我们确立了重力势能的表达式；通过分析弹力做的功，我们探究了弹性势能的表达式；那么，要研究了动能的变化，也要从力做功开始． 2．物体在力的作用下通过一段位移时，力会对物体做功，物体的速度也会发生变化，所以二者之间存在联系． 二、探究思路 1．求出或表示出功的大小． 2．确定不同功所对应的速度． 3．寻找功与速度的定量关系. 方案一 1．原理 由重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物大得多时，可以把重物所受的重力当做小车受到的牵引力．如图1所示． 图1 改变重物的质量或者改变小车运动的距离，也就改变了牵引力做的功，从而探究牵引力做的功与小车获得??速度间的关系． 2．实验步骤 (1)按如图1所示安装好实验仪器． (2)平衡摩擦力：将安装有打点计时器的长木板的一端垫高，让纸带穿过打点计时器连在小车后端，不挂重物，闭合电源，轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点为止． (3)在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端、用细线绕过滑轮连接小车和钩码． (4)将小车停在打点计时器附近，先接通电源，再释放小车，关闭打点计时器电源． (5)改变钩码的数量，更换纸带重复4的操作． 3．数据处理 (1)选取点迹清晰的纸带，选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0,1,2,3…… (2)测出0到点1、点2、点3……的距离，即为对应的小车的位移x1、x2、x3……，利用公式vn＝eq \f(xn＋1－xn－1,2T)求出点1、点2、点3…对应的瞬时速度v1、v2、v3…… (3)确定此纸带所挂的钩码的重力G，利用Wn＝Gxn，分别求出小车的位移为x1、x2、x3……时牵引力所做的功W1、W2、W3…… (4)先对测量数据进行估算，或作W－v草图，大致判断两个量可能的关系，如果认为是W∝v2或其他，然后以W为纵坐标，v2(或其它)为横坐标作图，从而判定结论． 4．注意事项 (1)平衡摩擦力时，不挂重物，轻推小车后，小车能做匀速直线运动． (2)计算牵引力做功时，可以不必算出具体数值，只用位移的数值与符号G的乘积表示即可． 方案二 1．原理 使小车在橡皮筋的作用下弹出，如图2所示． 图2 改变橡皮筋的条数，橡皮筋对小车做的功分别是一条橡皮筋做功时的相应倍数，测出小车被弹出后的速度，能够找到橡皮筋对小车做的功与小车速度的关系． 2．实验步骤 (1)按如图2所示安装仪器． (2)平衡摩擦力． (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获得的速度v1，设此时橡皮筋弹力对小车做功为W，并将测得的数据记入表格． (4)换用2条、3条、4条……同样的橡皮筋做实验，并使橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，测出v2、v3、v4……，橡皮筋对小车做功分别为2W、3W、4W……，将数据记入表格． 3．数据处理 (1)速度数值的获得：实验获得的是如图3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＝eq \f(x,2T)，其中T是打点计时器的打点周期． 图3 (2)计算小车做的功分别为W、2W、3W……时对应的v、v2、v3、eq \r(v)……的数值，填入表格. W vnW2W3W4W5Wvv2v3eq \r(v)(3)逐一与W的一组数值对照，判断W与v、v2、v3、eq \r(v)……的可能关系或尝试着分别画出W与v、W与v2、W与v3、W与 eq \r(v) 间关系的图象，找出哪一组的图象是直线，从而确定功与速度的正确关系． 4．注意事项 (1)实验时选择粗细、形状、长度、材料完全相同的橡皮筋． (2)每次实验时都让小车从同一位置由静止释放，即保证每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致． (3)实验中不必测出功和速度的具体数值，只要测出以后各次实验时做的功是第一次实验时的多少倍即可． (4)平衡摩擦力时，不要拴橡皮筋，但应连着纸带且接通电源． (5)打出的纸带上的点间距并不都是均匀的，应选取点间距均匀部分来求小车的速度． 一、借助变力做功探究功与速度变化的关系 例1　(1)用如图4(a)所示的仪器探究做功与速度变化的关系．实验步骤如下： ①将木板固定有打点计时器的一端垫起适当高度，消除摩擦力的影响； ②小车钩住一条橡皮筋，往后拉至某个位置，记录小车的位置； ③先__