1、第 8 課時(shí)實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系基礎(chǔ)知識歸納1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄苛ξ矬w做功與物體速度變化的關(guān)系.2.實(shí)驗(yàn)原理探究功與物體速度變化的關(guān)系，可通過改變力對物體做的功，測出力對物體做功不同時(shí)物體的速度，為簡化實(shí)驗(yàn)可將物體初速度設(shè)置為零，可用如圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過增加橡皮筋的條數(shù)使橡皮筋對小車做的功成倍增加.再通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶來測量每次實(shí)驗(yàn)后小車的末速度v.3.實(shí)驗(yàn)器材小車(前面帶小鉤),100 g200 g砝碼，長木板，兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置釘兩個(gè)鐵釘，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及紙帶，學(xué)生電源及導(dǎo)線(使用電火花計(jì)時(shí)器不用學(xué)生電源),56條等長的橡皮筋，刻度尺.4.實(shí)驗(yàn)步驟(1)按如圖所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝

2、好，同時(shí)平衡摩擦力.(2)先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測出小車獲得的速度v1，設(shè)此時(shí)橡皮筋對小車做的功為W1，將這一組數(shù)據(jù)記錄下來.(3)用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同，這樣橡皮筋對小車做的功為W2，測出小車獲得的速度v2，將數(shù)據(jù)記錄下來.(4)用3條、4條、橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用同樣的方法測出功和速度，記錄下來.(5)分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論.測量小車的速度：實(shí)驗(yàn)獲得如圖所示的紙帶，為探究橡皮筋彈力做功和小車速度的關(guān)系，需要測量彈力做功結(jié)束時(shí)小車的速度，即小車做勻速運(yùn)動(dòng)的速度，應(yīng)在紙帶上測量的物理量是(用字母表示)：A1、A2間的距離x，小車速度的表達(dá)式是(用測量的物

3、理量表示)v(T為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的時(shí)間間隔).實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄(自己設(shè)計(jì)一個(gè)記錄數(shù)據(jù)的表格).實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析：在坐標(biāo)紙上畫出W-v和W-v2圖線(“W”以一根橡皮筋做的功為單位).實(shí)驗(yàn)結(jié)論：從圖象可知功與物體速度變化的關(guān)系為Wv2.重點(diǎn)難點(diǎn)突破一、數(shù)據(jù)處理1.計(jì)算法：在確定了橡皮筋對小車所做的功并測出了小車獲得的速度后，如果作出的W-v曲線不是一條直線，可以采用計(jì)算的方法分析數(shù)據(jù).即根據(jù)測得的速度分別按Wv2、Wv3、W、算出相應(yīng)的功的值，再與實(shí)驗(yàn)確定的功的值進(jìn)行比較，判斷與上述哪一種最接近，它們之間就具有哪一種關(guān)系.2.圖象法：我們也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，分別作出W-v2曲線、W-v3曲線、W-

4、曲線、如果哪一種圖象更接近于過原點(diǎn)的傾斜直線，功與速度之間就是哪一種正比關(guān)系.3.軟件法：利用Excel數(shù)表軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.二、誤差分析誤差是不可避免的，但我們可以盡量減小它.為減小本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差，要注意以下幾個(gè)方面的問題：1.在長木板上，小車、鐵釘、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置應(yīng)調(diào)整適當(dāng)，以保證打在紙帶上的點(diǎn)便于處理，求出小車運(yùn)動(dòng)的速度.2.平衡摩擦力時(shí)，可使木板略微傾斜，作為補(bǔ)償，保證小車脫離橡皮筋后做勻速運(yùn)動(dòng).3.小車的質(zhì)量較小，當(dāng)用多條橡皮筋時(shí)，打出的點(diǎn)過少，應(yīng)改用質(zhì)量稍大的小車(或加砝碼)，以保證打出的點(diǎn)便于處理.三、注意事項(xiàng)1.平衡摩擦力實(shí)驗(yàn)中的小車不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力對小

5、車做負(fù)功，我們研究的是橡皮筋做的功與物體速度的關(guān)系，應(yīng)設(shè)法排除摩擦力的影響，可采用將木板一端墊高的方法來實(shí)現(xiàn).將木板一端墊高，使重力沿斜面方向的分力與摩擦力相平衡，就能消除摩擦力的影響.判斷已平衡掉摩擦力的方法是，輕推一下小車，觀察小車不受其他力時(shí)能否在木板上做勻速運(yùn)動(dòng).2.我們用2條、3條、橡皮筋進(jìn)行第2次、第3次、實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋伸長的長度都應(yīng)保持一致.3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)，以橡皮筋對小車做的功W為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度為橫坐標(biāo)，以第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的功W為單位，作出W-v圖象，分析這條圖線，可以得知橡皮筋對小車做的功W與小車獲得的速度v的定量關(guān)系.4.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上相鄰各點(diǎn)的間距

6、并不均勻，應(yīng)選間距均勻的那一段紙帶來計(jì)算小車的速度，因?yàn)檫@一段是橡皮筋對小車做功完畢時(shí)的情形.典例精析1.實(shí)驗(yàn)原理和方法【例1】關(guān)于探究功與速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，下列敘述正確的是()A.每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)據(jù)B.每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋的拉伸長度沒有必要保持一致C.放小車的長木板應(yīng)盡量使其水平D.先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出【解析】本實(shí)驗(yàn)沒有必要測出橡皮筋做的功到底是多少，只要測出以后各次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的多少倍就已經(jīng)足夠了，A錯(cuò)；每次實(shí)驗(yàn)橡皮筋拉伸的長度必須保持一致，只有這樣才能保證各次實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋做的功是第一次的整數(shù)倍，B錯(cuò)；小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻

7、力，只有使木板傾斜到一定程度，才能減小誤差，C錯(cuò)；實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開始工作，然后再讓小車在橡皮筋的作用下彈出，D正確.【答案】D【思維提升】本實(shí)驗(yàn)的巧妙之處就在于不需要具體計(jì)算橡皮筋所做的功，但要明確實(shí)驗(yàn)的原理、步驟及操作方法.【拓展1】對橡皮筋做的功來說，直接測量是有困難的，我們可以巧妙地避開這個(gè)難題而不影響問題的解決，只需要測出每次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋對小車做的功是第一次的多少倍，使用的方法是( C )A.用同樣的力對小車做功，讓小車通過的距離依次是s、2s、3s、進(jìn)行第1次、第2次、第3次、實(shí)驗(yàn)時(shí)，力對物體做的功就是W、2W、3W、B.讓小車通過相同的距離，第1次力為F、第2次

8、力為2F、第3次力為3F、實(shí)驗(yàn)時(shí)，力對小車做的功就是W、2W、3W、C.選用相同的橡皮筋，在實(shí)驗(yàn)中每次橡皮筋拉伸的長度保持一致，當(dāng)用1條、2條、3條、同樣的橡皮筋進(jìn)行第1次、第2次、第3次、實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對物體做的功就是W、2W、3W、D.利用彈簧秤測量對小車的拉力F，利用直尺測量小車在力的作用下移動(dòng)的距離s，便可以求出每次實(shí)驗(yàn)中力對小車做的功，可控制為W、2W、3W、2.實(shí)驗(yàn)紙帶分析【例2】如圖所示為與小車相連，穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一條紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，下面說法正確的是()紙帶的左端是與小車相連的紙帶的右端是與小車相連的利用E、F、G、H、I、J這些點(diǎn)之間的距離來確定小車的速度利用A、B

9、、C、D這些點(diǎn)之間的距離來確定小車的速度A. B. C. D.【解析】剛開始釋放時(shí)，與小車相連的一端打出的點(diǎn)應(yīng)會(huì)比較密集，且點(diǎn)的間距逐漸變大，故右端與小車相連；為確定小車速度應(yīng)選取間距均勻的點(diǎn)，這時(shí)橡皮筋已停止對小車作用，故和正確，選B.【答案】B【思維提升】分析紙帶的基礎(chǔ)是對實(shí)驗(yàn)原理和步驟的理解.【拓展2】如圖所示，小車的運(yùn)動(dòng)情況可描述為A、B之間為加速直線運(yùn)動(dòng)，C、D之間為勻速直線運(yùn)動(dòng).【解析】紙帶上的數(shù)據(jù)反映了小車的運(yùn)動(dòng)情況.由A到B之間可以看出，相鄰兩點(diǎn)間的位移越來越大，說明A到B這一段時(shí)間內(nèi)小車所做的運(yùn)動(dòng)為加速直線運(yùn)動(dòng)，而C到D之間各時(shí)間間隔內(nèi)的位移相等，故C到D小車的運(yùn)動(dòng)可看成勻速

10、直線運(yùn)動(dòng).3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理【例3】在探究功與速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中小車的質(zhì)量為300 g，使用橡皮筋16根，每次實(shí)驗(yàn)增加一根，實(shí)驗(yàn)中W、v、v2的數(shù)據(jù)已填在表格中，試在圖中作出圖象并得出結(jié)論.W(J)v(m/s)v2(m2/s2)0001.000.800.642.001.101.213.001.281.644.001.532.345.001.763.106.001.893.57【解析】在圖中描點(diǎn)并用平滑的線擬合不難得到W-v圖線是曲線，W-v2圖線是直線.于是我們可以得出結(jié)論：功與速度的平方成正比.【思維提升】用圖象法分析兩個(gè)物理量的關(guān)系很直觀，也很清晰，以后的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)中要多利用圖象來處理數(shù)據(jù).4.實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新【例4】某學(xué)生騎自行車在平直的路面上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)人停止蹬車后，車由于慣性而繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，假設(shè)運(yùn)動(dòng)中自行車所受阻力大小恒定.試根據(jù)他騎自行車的運(yùn)動(dòng)過程，研究阻力對自行車做功和自行車速度的關(guān)系，寫出探究思路、所需器材、數(shù)據(jù)測量及探究結(jié)論.【解析】探究思路：阻力大小不變，則阻力做功與位移成正比，設(shè)單位位移阻力做功為W0.則全部位移l