1、6实验：探究功与速度变化的关系学习目标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.考试属性必考一、方案一借助恒力做功探究功与速度变化的关系1原理由钩码通过滑轮牵引小车，当小车的质量比钩码大得多时，可以把钩码所受的重力当作小车受到的牵引力如图1所示图1改变钩码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的速度间的关系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(填“不挂”或“挂上”)钩码，接通电源，轻推小车，直到打点
2、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，小车运动一段时间后，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，即对应的小车的位移x1、x2、x3，利用公式vn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WnGxn，分别求出小车的位移为x1、x2、x3时牵引力所
3、做的功W1、W2、W3.(4)先对测量数据进行估算，或作Wv草图，大致判断两个量可能的关系，如果认为是Wv2(或其他)，然后以W为纵坐标，v2(或其他)为横坐标作图，从而判定结论4注意事项(1)平衡摩擦力时，不挂钩码，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的乘积表示即可二、方案二借助橡皮筋做功探究功与速度变化的关系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(若n条)，橡皮筋对小车做的功分别是一条橡皮筋做功时的n倍，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
4、实验仪器(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的功为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变化的关系，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，其中T是打点计时器的打点周
5、期图3(2)计算橡皮筋弹力对小车做的功分别为W、2W、3W时对应的v、v2、v3、的数值，填入表格.WvnW2W3W4W5Wvv2v3(3)逐一与W的一组数值对照，判断W与v、v2、v3、的可能关系或尝试着分别画出W与v、W与v2、W与v3、W与 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)实验中不必算出功的具体数值，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
6、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、借助恒力做功探究功与速度变化的关系例1为了探究“合力做功与速度变化的关系”，某学习小组在实验室组装了如图4所示的装置，备有下列器材：打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、天平、细沙他们称得滑块的质量为M、沙和小桶的总质量为m.当滑块连接上纸带，让细线跨过光滑滑轮并悬挂空的小桶时，滑块处于静止状态要完成该实验，请回答下列问题：图4(1)要完成本实验，还缺少的实验器材是_(2)实验时为保证滑块受到的合力与沙、小桶的总重力大小基本相等，沙和小桶的总质量应满足的实验条件是_，实验时为保证细线拉力等于滑块所受的合力
7、，首先要做的步骤是_(3)在满足(2)问的条件下，让小桶带动滑块加速运动，如图5所示为打点计时器所打的纸带的一部分，图中A、B、C、D、E是按时间先后顺序确定的计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，相邻计数点间的距离已标注在图上，当地重力加速度为g，在B、D两点间对滑块进行研究，合力对滑块做的功为_，vB_，vD_(用题中所给的代表数据的字母表示)图5答案(1)毫米刻度尺(2)沙和小桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力(3)mg(x2x3)二、借助橡皮筋做功探究功与速度变化的关系例2某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图6所示，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出的，沿木板滑行，这时，
8、橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条、完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、实验时(每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致)，每次实验中小车获得的速度根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算图6(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和_(填“交流”或“直流”)电源(2)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力，则下面操作正确的是()A放开小车，能够自由下滑即可B放开小车，能够匀速下滑即可C放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可D放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可(3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的
9、状态与小车所在的位置，下列说法正确的是()A橡皮筋处于原长状态B橡皮筋仍处于伸长状态C小车在两个铁钉的连线处D小车已过两个铁钉的连线(4)在操作正确的情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用图7纸带的_(填“AG”或“GJ”)部分进行测量图7答案(1)交流(2)D(3)B(4)GJ解析(1)打点计时器使用的是交流电源(2)平衡摩擦力时，应将纸带穿过打点计时器系在小车上，放开拖着纸带的小车，小车以及纸带与打点计时器之间的摩擦力和小车的重力沿木板方向的分力平衡，故D正确(3)木板水平放置，未平衡摩擦力放开小车后，小车做加速运动，当橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小时，小车的
10、速度最大，此时橡皮筋仍处于伸长状态，B正确(4)从纸带上看，纸带的GJ段打点比较均匀，所以应选用纸带的GJ段进行测量例3在做“探究功与物体速度变化的关系”的实验时，小车的质量为m，使用橡皮筋6根，每次增加一根，实验中W、v、v2的数据已填在表格中Wv(ms1)v2/(m2s2)00010.800.6421.101.2131.281.6441.532.3451.763.1061.893.57(1)试在图8中作出相应关系图象图8(2)从图象可以得出的实验结论是_.答案(1)见解析图(2)Wv2解析(1)将表中的数据分别描在题图甲、乙所示的两个坐标系中，然后在图甲中用平滑曲线连接，在图乙中用倾斜直线
11、连接，并且使尽可能多的点分布在曲线上或对称分布在直线两侧，如图甲和乙所示(2)从乙图看出Wv2.1(借助橡皮筋做功探究功与速度变化的关系)如图9所示，某同学在做“探究功与速度变化的关系“的实验当小车在1条橡皮筋的作用下沿木板滑行时，橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条相同的橡皮筋重复实验时，橡皮筋所做的功分别为2W、3W()图9(1)实验室提供的器材如下：长木板、小车、橡皮筋、打点计时器、纸带、电源等，还缺少的器材是_(2)图9中小车上有一固定小立柱，下面给出了4种橡皮筋与小立柱的套接方式，为减小实验误差，你认为最合理的套接方式是_(3)在正确操作的情况下，交流电源的频率为50 Hz，某次
12、所打的纸带，相邻两点间的距离如图10所示打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度，应选用纸带的_部分进行测量(根据如图所示的纸带上所标注的字母回答)，小车获得的速度是_ m/s.(结果保留两位有效数字)图10答案(1)刻度尺(2)A(3)GJ0.60解析(1)处理实验数据时需要测量两计数点间的距离，因此还需要的器材是：刻度尺(2)由图示可知，橡皮筋最合理的套接方式是A，以A的方式套接释放小车后，橡皮筋不会影响小车的运动(3)由图示纸带可知，GJ部分两点间的距离相等，小车做匀速直线运动，故应选用的纸带是GJ部分；小车获得的速度v m/s0.60 m/s.2(借助恒力做功时
13、探究功与速度的关系)某实验小组采用如图11所示的装置探究功与速度变化的关系，图中小车中可放置砝码，实验中，打点计时器的工作频率为50 Hz.图11(1)实验的部分步骤如下：在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；将小车停在打点计时器附近，_，_，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一系列点，_；改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复的操作(2)图12是钩码质量为0.03 kg、砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D、E计数点，可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v，请将C点的测量结果填在表中的相应位置
14、图12纸带的测量结果测量点x/cmv/(ms1)O00.35A1.500.40B3.200.45CD7.150.53E9.410.60(3)本实验，若用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，应采取的两项措施是：_；_.答案(1)先接通电源再释放小车关闭打点计时器电源(2)5.18(5.165.20均可)0.49(3)平衡摩擦力钩码的重力远小于小车及砝码的总重力解析(1)将小车停在打点计时器附近后，需先接通电源，再释放小车，让其拖动纸带，待打点计时器在纸带上打下一系列点后，关闭打点计时器电源(2)在验证C点时，由题图可知，C点与刻度尺上的6.18 cm(6.166.20
15、 cm均可)对齐，所以C点距O点的距离是xOC5.18 cm(5.165.20 cm均可)从纸带上可知C点的速度就是BD段的平均速度，vC102 m/s0.49 m/s.(3)平衡摩擦力后，线上的拉力就等于小车受到的合外力当钩码的重力远小于小车及砝码的总重力时，线上的拉力就近似等于钩码的重力课时作业1关于“探究恒力做功与动能变化”的实验，下列说法中正确的是()A应调节定滑轮的高度使细绳与木板平行B应调节定滑轮的高度使细绳保持水平C平衡摩擦力时，若纸带上打出的点越来越密，就应调大斜面倾角D平衡摩擦力时，若纸带上打出的点越来越疏，就应调大斜面倾角答案AC解析实验中调整定滑轮高度，使细绳与木板平行，
16、这样能使细绳对小车的拉力等于它受的合力，A对，B错；纸带上打出的点越来越密，表明小车做减速运动，摩擦力平衡不够，这时需要垫高木板一端，使斜面倾角增大，直到打出的点均匀为止，C对，D错2“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图1所示，当小车在两条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W0.当用4条、6条、8条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W0、3W0、4W0，每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点计时器所打的纸带测出图1(1)该实验_(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力. (2)关于该实验，下列说法正确的是_A打点计时器可以用直流
17、电源供电，电压为46 VB实验中使用的若干条橡皮筋的原长可以不相等C每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出D利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次做出Wvm、Wv、Wv、W的图象，直到找出合力做功与物体速度变化的关系答案(1)需要(2)CD解析(1)由于实验中要求橡皮筋对小车做的功是合外力做的功，故需要平衡摩擦力，让重力做的功与摩擦力做的功相等(2)打点计时器使用的是低压交流电源，故A错误；实验中使用的橡皮筋的原长应该相等，这样增加橡皮筋的条数才能使外力做功增加相应的倍数，故B也错误；而C中每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出是正确的；D中依次做出Wvm、Wv、Wv、W的图象，
18、直到找出合力做功与物体速度变化的关系也是正确的3某研究性学习小组觉得教材中实验测量过程较复杂，改进如下：如图2所示，将教材实验中的木板放在桌子的边缘，小车的前端放一小球，小车在橡皮筋作用下做加速运动，到桌子边缘后小车在挡板作用下停止运动，小球做平抛运动，测出橡皮筋条数为1、2、3、n时的平抛距离x1、x2、x3、xn，则()图2A如果忽略一切摩擦，xn(n为橡皮筋条数)B如果忽略一切摩擦，x2n(n为橡皮筋条数)C该实验中小车受的摩擦力可以通过倾斜木板的方法平衡而不产生新的误差D该实验中倾斜木板会产生误差答案BD解析由Wv2，xv，Wn，得x2n，B正确该实验应用了平抛原理，如果木板倾斜，则变
19、为斜抛，将产生误差，D正确4“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图3所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W；当用2条、3条、4条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W、3W、4W每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出图3(1)关于该实验，下列说法正确的是()A为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的一端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动B实验仪器安装时，可以不平衡摩擦力C每次实验小车必须从同一位置由静止释放D实验中要先接通打点计时器的电源再释放小车(2)如图4给出了某次实验打出
20、的纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带，测得A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为AB1.48 cm，BC1.60 cm，CD1.62 cm，DE1.62 cm；已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s，则小车获得的最大速度vm_ m/s.图4答案(1)ACD(2)0.81解析(1)当小车拉着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，沿长木板方向的重力的分力大小等于摩擦力，即在实验中可消除摩擦力的影响，A项正确；实验仪器安装时，必须平衡摩擦力，B项错误；每次实验小车必须从同一位置由静止释放，C项正确；使用打点计时器都必须先接通电源再释放小车，D项正确(2)小车获得的最大速度vm m/s0.8
21、1 m/s.5在“探究恒力做功与物体的速度变化的关系”的实验中备有下列器材：A.打点计时器；B.天平；C.秒表；D.低压交流电源；E.电池；F.纸带；G.细线、砝码、小车、砝码盘；H.薄木板(1)其中多余的器材是_(填字母代号)；缺少的器材是_(2)测量时间的工具是_；测量质量的工具是_(3)如图5所示是打点计时器打出的小车(质量为m)在恒力F作用下做匀加速直线运动的纸带，测量数据已用字母表示在图中，打点计时器的打点周期为T.请分析，利用这些数据能否完成“探究恒力做功与物体的速度变化的关系”实验？若不能，请说明理由；若能，请写出做法图5答案(1)C、E毫米刻度尺(2)打点计时器天平(3)见解析
22、解析(1)计算小车速度是利用打上点的纸带，故不需要秒表，打点计时器应使用低压交流电源，故多余的器材是C、E；测量点与点之间的距离要用毫米刻度尺，故缺少的器材是毫米刻度尺(2)测量时间的工具是打点计时器；测量质量的工具是天平(3)能，从A到B的过程中，恒力做的功为WABFxAB，A、B两点的速度可根据vA，vB算出6某同学利用图6甲所示装置探究力对物体做的功与物体速度变化的关系，得到了下表的数据：实验次数12345橡皮筋条数13457小车速度v/(ms1)0.711.231.421.581.71图6(注：每条橡皮筋拉长的长度都一样)(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
23、做功为W0，大致画出橡皮筋所做的功W与小车速度v的图象(画在图乙中)(3)根据以上的Wv图象对W与v的关系作出初步判断：_.(4)根据数据完成下表的空白部分：实验次数12345橡皮筋做功W0v2/(m2s2)W与v的关系答案见解析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W0，由做功与拉长橡皮筋条数成正比得，第2、3、4、5次拉长橡皮筋做功应分别为3W0、4W0、5W0、7W0.(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的图象如图所示(3)W与v的图象很像抛物线，可能Wv2.(4)如下表实验次数12345橡皮筋做功W03W04W05W07W0v2/(m2s2)0.501.512.022.502.92W与v的关系Wv2
