探究功与速度的关系
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实验:探究功与速度变化的关系1.实验目的探究力对物体做功与物体速度变化的关系.2.实验原理探究功与物体速度变化的关系,可通过改变力对物体做的功,测出力对物体做功不同时物体的速度,为简化实验可将物体初速度设置为零,可用如图所示的装置进行实验,通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加.再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度v.3.实验器材小车(前面带小钩),100 g~200 g砝码,长木板,两侧适当的对称位置钉两个铁钉,打点计时器及纸带,学生电源及导线(使用电火花计时器不用学生电源),5~6条等长的橡皮筋,刻度尺.4.实验步骤(1)按如图所示将实验仪器安装好,同时平衡摩擦力.(2)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,设此时橡皮筋对小车做的功为W1,将这一组数据记录下来.(3)用2条橡皮筋做实验,实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同,这样橡皮筋对小车做的功为W2,测出小车获得的速度v2,将数据记录下来.(4)用3条、4条、……橡皮筋做实验,用同样的方法测出功和速度,记录下来.(5)分析数据,得出结论.①测量小车的速度:实验获得如图所示的纸带,为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系,需要测量弹力做功结束时小车的速度,即小车做匀速运动的速度,应在纸带上测量的物理量是(用字母表示):A1、A2间的距离x,小车速度的表达式是(用测量的物理量表示)v=xT(T为打点计时器的时间间隔).②实验数据记录(自己设计一个记录数据的表格).③实验数据处理及分析:在坐标纸上画出W-v和W-v2图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位).④实验结论:从图象可知功与物体速度变化的关系为W∝v2.重点难点突破一、数据处理1.计算法:在确定了橡皮筋对小车所做的功并测出了小车获得的速度后,如果作出的W-v曲线不是一条直线,可以采用计算的方法分析数据.即根据测得的速度分别按W∝v2、W∝v3、W∝v、…算出相应的功的值,再与实验确定的功的值进行比较,判断与上述哪一种最接近,它们之间就具有哪一种关系.2.图象法:我们也可根据实验测得的数据,分别作出W-v2曲线、W-v3曲线、W-v曲线、……如果哪一种图象更接近于过原点的倾斜直线,功与速度之间就是哪一种正比关系.3.软件法:利用Excel数表软件进行数据处理.二、误差分析误差是不可避免的,但我们可以尽量减小它.为减小本实验的实验误差,要注意以下几个方面的问题:1.在长木板上,小车、铁钉、打点计时器的位置应调整适当,以保证打在纸带上的点便于处理,求出小车运动的速度.2.平衡摩擦力时,可使木板略微倾斜,作为补偿,保证小车脱离橡皮筋后做匀速运动.3.小车的质量较小,当用多条橡皮筋时,打出的点过少,应改用质量稍大的小车(或加砝码),以保证打出的点便于处理.三、注意事项1.平衡摩擦力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物体速度的关系,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,就能消除摩擦力的影响.判断已平衡掉摩擦力的方法是,轻推一下小车,观察小车不受其他力时能否在木板上做匀速运动.2.我们用2条、3条、……橡皮筋进行第2次、第3次、……实验时,每次实验时橡皮筋伸长的长度3.实验数据处理时,以橡皮筋对小车做的功W为纵坐标,小车获得的速度为横坐标,以第一次实验时的功W为单位,作出W-v图象,分析这条图线,可以得知橡皮筋对小车做的功W与小车获得的速度v 的定量关系.4.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,因为这一段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形.【例】如图所示为与小车相连,穿过打点计时器的一条纸带上的点并不都是均匀的,下面说法正确的是( )①纸带的左端是与小车相连的②纸带的右端是与小车相连的③利用E、F、G、H、I、J这些点之间的距离来确定小车的速度④利用A、B、C、D这些点之间的距离来确定小车的速度A.①③B.②④C.①④D.②③【解析】刚开始释放时,与小车相连的一端打出的点应会比较密集,且点的间距逐渐变大,故右端与小车相连;为确定小车速度应选取间距均匀的点,这时橡皮筋已停止对小车作用,故②和④正确,选B.。
实验报告探究功与速度变化的关系WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】第6节实验:探究功与速度变化的关系一、实验目的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.体会探究的过程和所用的方法二、实验原理1.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.2.探究的思路(1)要探究功与物体速度变化的关系,就要改变力对物体做的功,测出力对物体做不同功时物体的速度.(2)为简化实验,可将物体初速度设置为零,利用如图7-6-2所示的装置进行实验,通过橡皮筋来对小车做功W,通过打点计时器在纸带上打出的点测量小车获得的速度v,然后分析功W与速度v的关系.三、实验器材木板、小车、橡皮筋、打点计时器(电火花打点计时器)、电源、纸带等.四、实验步骤1.按装置图安装好实验器材.2.平衡摩擦力:将木板固定,打点计时器的一端稍微垫高,使小车能牵引纸带在木板上做匀速运动.3.先用一条橡皮筋做实验,用打点计时器打出的纸带测出小车前端通过两铁钉连线时小车的速度v1,设此时橡皮筋对小车做功为W1,将数据记入表格,用标尺记录小车的初始位置.4.改用2条、3条、4条……橡皮筋重复上述实验,让小车开始位置相同,每次橡皮筋拉开的长度相同,记录橡皮筋做功2W、3W、4W……情况下小车获得的速度v2、v3、v4…….W v/m·s-1v2/m2·s-21234565.分析数据,研究W与v的关系五、数据的处理用图象法处理实验数据我们可根据实验测得的数据,分别作出W—v曲线、W—v2曲线、W—v3曲线……哪一种图象更接近于过原点的倾斜直线,功与速度之间就是哪一种正比关系.用图象法处理数据,要比计算法更简捷更直观.六、实验中需注意的事项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;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.七、误差分析八、实验结论无论是通过计算法还是作图法都可以得出力对物体做的功与物体速度的正比的结论,即W∝ .。
教案:实验:探究功与速度变化的关系一、教学目标1. 让学生通过实验探究功与速度变化的关系,理解动能定理。
2. 培养学生的实验操作能力、数据处理能力和问题解决能力。
3. 激发学生对物理实验的兴趣,培养学生的团队合作意识。
二、教学内容1. 动能定理的介绍2. 实验原理与方法3. 数据处理与分析三、教学重点与难点1. 教学重点:动能定理的应用,实验数据的处理与分析。
四、教学方法与手段1. 教学方法:讲解、实验、讨论、写作。
2. 教学手段:多媒体课件、实验器材、数据处理软件。
五、教学过程1. 导入:通过一个简单的例子引入功与速度变化的关系,激发学生的兴趣。
2. 讲解:介绍动能定理的基本原理,解释功与速度变化的关系。
3. 实验:学生分组进行实验,测量不同功作用下物体的速度变化。
4. 数据处理:学生使用数据处理软件对实验数据进行分析,得出功与速度变化的关系。
5. 讨论:学生分组讨论实验结果,解释功与速度变化的关系。
六、教学评价1. 通过实验操作、数据处理和讨论,评价学生对动能定理的理解程度。
2. 评估学生在实验报告中的写作能力,以及对实验结果的分析和解释能力。
3. 观察学生在团队合作中的表现,评价其沟通协作能力。
七、教学资源1. 实验器材:小车、滑轮、测力计、计时器等。
2. 数据处理软件:如Excel、Python等。
3. 参考资料:相关物理书籍、学术论文、网络资源等。
八、教学进度安排1. 导入与讲解:2课时2. 实验操作:3课时3. 数据处理与讨论:2课时九、教学反思在教学过程中,教师应时刻关注学生的学习情况,及时解答学生的疑问,指导学生正确进行实验操作和数据处理。
在实验报告中,教师应注重培养学生对实验结果的分析和解释能力,以及对物理概念的深入理解。
十、课后作业1. 复习动能定理的基本原理,加深对功与速度变化关系理解。
3. 拓展阅读相关物理书籍或学术论文,了解功与速度变化关系在实际应用中的例子。
重点和难点解析一、教学内容重点和难点解析:动能定理是物理学中的重要概念,理解功与速度变化的关系对于学生来说具有一定的难度。
《探究功与速度变化的关系》教学设计教学设计:探究功与速度变化的关系一、教学目标1.知识与技能:了解功与速度变化的关系,掌握计算功的方法;掌握速度与运动的关系。
2.过程与方法:通过实验设计、观察和记录数据等方法,探究功与速度的变化规律。
3.情感态度与价值观:培养学生勇于探究、合作与分享的意识和能力。
二、教学重难点1.重点:探究功与速度的变化规律,培养学生的实验设计和数据处理能力。
2.难点:理解功的计算方法,应用速度与运动的关系。
三、教学过程1.导入(5分钟)通过展示一个小球在斜面上滚动的实验视频,引入问题:小球在斜面上滚动时产生的功与速度有什么关系?2.实验设计(10分钟)让学生分成小组,每组设计一个简单的实验方案,探究功与速度的变化规律。
提供一些参考方案,比如:斜面上滚动小球的实验、小车滑行的实验等。
3.实验操作(20分钟)学生按照小组设计的方案进行实验操作,记录实验数据和观察现象。
4.数据处理(15分钟)学生根据实验数据,计算出小球在滚动过程中做的功的大小,并分析功与速度的关系。
5.结果展示(10分钟)每组学生展示自己的实验结果和分析,互相交流讨论,总结功与速度的变化规律。
6.拓展与应用(15分钟)老师提出一个新问题:当小球滚动的速度不断增加时,做功的大小会怎么变化?让学生进行思考和讨论,提出自己的观点。
7.总结(5分钟)梳理本节课的重点内容,让学生自主总结功与速度的变化规律,并展示在生活中的应用。
8.作业布置布置作业:要求学生写一篇关于功与速度变化规律的文章,探讨在日常生活中遇到的速度与功的关系。
四、教学评价1.学生表现:通过观察学生的实验设计、数据处理和结果分析,评价学生的探究能力和专注度。
2.效果评估:通过学生的作业表现和课堂讨论,评价学生对功与速度变化规律的理解和应用能力。
五、教学反思本节课通过实验设计的方式,让学生亲自动手进行探究,培养了他们的观察、记录和分析能力。
但是,还需要在教学过程中更注重引导学生思考和讨论,激发他们对物理规律的兴趣和探索欲望。
实验:探究功与速度变化的关系教案一、教学目标:1. 让学生了解功和速度变化之间的关系,掌握动能定理。
2. 培养学生动手实验、观察分析、解决问题的能力。
3. 培养学生的团队合作精神,提高实验技能。
二、教学内容:1. 功的定义及计算公式。
2. 动能定理:物体所受外力做的功等于物体动能的变化。
3. 实验原理及方法。
4. 数据处理及分析。
三、教学重点与难点:1. 教学重点:动能定理的应用,实验数据的处理与分析。
2. 教学难点:实验过程中误差的减小,动能定理在实际问题中的应用。
四、教学方法:1. 采用问题驱动的教学方法,引导学生主动探究功与速度变化的关系。
2. 利用实验现象,让学生直观地理解动能定理。
3. 以小组合作的形式进行实验,培养学生的团队协作能力。
五、教学过程:1. 导入:通过提问方式引导学生回顾功的定义及计算公式。
2. 讲解:讲解动能定理,让学生理解功与速度变化的关系。
3. 实验演示:进行实验,让学生观察实验现象,理解动能定理的应用。
4. 小组讨论:让学生以小组形式讨论实验过程中发现的问题,并提出解决方案。
5. 数据处理与分析:指导学生如何处理实验数据,分析功与速度变化的关系。
6. 总结:对本节课的内容进行总结,强调动能定理在实际问题中的应用。
7. 作业布置:布置相关练习题,巩固所学知识。
六、实验准备:1. 器材:弹簧测力计、细绳、小车、光滑水平面、计时器、刻度尺。
2. 步骤:a. 调节弹簧测力计,使其零点准确。
b. 将细绳穿过弹簧测力计,固定在小车上。
c. 将小车放在光滑水平面上,确保轨道平整。
d. 调试计时器,确保其正常工作。
e. 测量并记录光滑水平面的长度。
七、实验步骤:1. 学生分组,每组两人,合作完成实验。
2. 实验步骤:a. 一名学生用弹簧测力计拉着小车,另一名学生记录小车运动过程中的速度变化。
b. 逐渐增加拉力,使小车加速运动。
c. 记录不同拉力下小车的速度变化。
d. 重复实验,减小误差。
实验:探究功与速度变化的关系知识集结知识元实验:探究功与速度变化的关系知识讲解一.利用橡皮筋做功探究动能定理1.实验目的(1)通过实验探究力对物体做功与物体速度变化的关系.(2)体会探究过程和所用的方法.2.实验原理(1)功的确定: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,….(2)速度的计算:通过对打点计时器所打纸带的测量计算出每次橡皮筋做功结束时小车的速度.(3)分析每次橡皮筋做的功与物体速度的关系,即可总结出功与速度变化的关系.3.实验器材木板、橡皮筋(若干)、小车、打点计时器、低压交流电源、纸带、刻度尺等.4.实验步骤(1)按如图所示安装好仪器.(2)平衡摩擦力:将安装有打点计时器的长木板的一端垫起,纸带穿过打点计时器,不挂橡皮筋,接通电源,轻推小车,打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点.(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,并将得到的数据记入表格.(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,测出速度为v2,v3,v4,…,橡皮筋对小车做功分别为2W,3W,4W,…,将数据记入表格.(5)分析数据,尝试做W-v、W-v2等图象,探究W,v的关系.5.注意事项(1)平衡摩擦力的方法:将木板一端垫高,轻推小车,由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动,找到木板的一个合适的倾角.(2)测小车速度时,纸带上的点应选均匀部分的,也就是选小车做匀速运动的.(3)橡皮筋应选规格一样的,力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值.(4)每次释放小车时,都要让它从同一位置由静止开始运动.(5)小车质量应大一些,使纸带上打的点多一些.(6)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.6.数据处理(1)速度数值的获得:实验获得的是如图所示的纸带,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期.即选择相邻距离基本相同的若干点A1,A2,A3,…来计算小车匀速运动时的速度.(2)计算小车做的功分别为W,2W,3W,…时对应的v,v2,v3,的数值,填入表格.(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.7.误差分析误差类别产生原因减小方法偶然误差①橡皮筋长短、粗细不一②纸带上“点”间距离测量不准③描点不准①选用规格相同的橡皮筋②测量、描点尽量准确系统误差忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力实验前精确地平衡摩擦力二.利用牛顿第二定律的实验装置探究动能定理1.实验目的探究外力做功与物体动能变化的定量关系2.实验原理(1)在砝码和砝码盘的质量远小于小车质量时,可以认为细绳的拉力就是砝码和砝码盘的重力.(2)平衡长木板的摩擦力(3)在砝码盘中加放砝码并释放砝码盘,木块在砝码盘对他的拉力作用下做匀加速运动,在纸带记录的物体的匀加速阶段,适当间隔的取两个点A和B.只要取计算一小段的平均速度即可确定A 和B两点各自的速度v A和v B,在这段过程中物体运动的距离s可通过运动的纸带测出,我们即可算出合外力的功W合=F绳s AB,另一方面,此过程中物体的动能变化量为ΔE k=-,通过比较W和ΔE k的值,就可以找出两者之间的关系.3.实验器材长木板(一端带滑轮)、刻度尺、打点计时器、纸带、导线、电源、小车、细线、砝码盘、砝码、天平.4.实验步骤及数据处理(1)用天平测出小车的质量M,及砝码、砝码盘的总质量m.把器材按图装置好,纸带一端固定在小车上,另一端穿过打点计时器的限位孔.(2)把小车靠近打点计时器,用手按住.先接打点计时器电源,再释放小车,让它加速运动.当小车到达定滑轮处(或静止)时,断开电源(3)取下纸带,重复实验,得到多条纸带(4)选取其中点迹清晰的纸带进行数据处理,先在纸带标明计数点,然后取间隔适当的两点A、B两点间的距离S AB,再利用平均速度公式求A、B两点间的速度v A、v B.与E kAB,通过比较W和ΔE k,就可以找出两者之间的关(5)通过实验数据分别求出W合系.5.注意事项(1)实验前应调整长木板的倾角以平衡摩擦力,否则砝码和砝码盘的重力就不是小车受到的合外力.(2)实验时要求砝码和砝码盘的质量远小于滑块的质量.(3)应先接通打点计时器,后释放小车,使其运动.6.误差分析(1)没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大.(2)利用打点的纸带测量位移和计算小车的速度时不准确也会带来误差.例题精讲实验:探究功与速度变化的关系例1.某同学用如图所示的实验装置探究功与速度变化的关系。
探究功与物体速度变化的关系引言在物理学中,功(Work)是描述力对物体产生影响的量。
而物体的速度则是描述物体在一定时间内所运动的距离与时间的比值。
本文将探讨功与物体速度变化之间的关系,并通过实例和公式进行具体分析。
功的定义功是描述力对物体产生影响的量,定义为力在物体上的作用点的位移与力的方向之间的乘积。
即:\[ W = \vec{F} \cdot \vec{s} \cdot \cos \theta \]其中,W表示功,$\\vec{F}$ 表示作用力,$\\vec{s}$ 表示物体位移,$\\theta$ 表示力和位移之间的夹角。
关系根据功的定义可知,当作用力的方向与物体的位移方向一致时,功为正;当作用力的方向与物体的位移方向相反时,功为负;当作用力垂直于物体的位移方向时,功为零。
在物理学中,物体的速度变化(加速度)与所受的力有着密切的关系。
根据牛顿第二定律可知,加速度与所受的合外力成正比。
作用在物体上的力越大,加速度也就越大。
而根据功的定义,功和力之间的关系是乘积关系。
因此,可以推断出功与物体速度变化之间存在一定的关系。
实例分析下面通过两个实例来探究功与物体速度变化的关系。
实例一:推动物体的运动假设有一个质量为m的物体静止在光滑的水平面上,施加一个恒力F在该物体上,使其运动。
根据牛顿第二定律,物体的加速度可以表示为 $a =\\frac{F}{m}$。
根据功的定义,推动物体的功可以表示为 $W = F \\cdot s \\cdot \\cos\\theta$,其中s表示物体的位移,$\\theta$ 表示力和位移之间的夹角。
由于物体是在光滑水平面上运动,力和位移之间的夹角为零,即 $\\cos\\theta = 1$。
因此,推动物体的功可以简化为 $W = F \\cdot s$。
由于物体的加速度为常数a,利用物理学中的运动学公式v2=u2+2as(其中v表示物体的最终速度,u表示物体的初始速度),可以得到物体的最终速度为$v = \\sqrt{2as}$。
试验报告探究功与速度变化的关系实验原理:功是描述力对物体运动的影响的物理量,主要取决于力的大小和物体的位移。
功=力×位移×cosθ,其中θ为力的方向与物体运动方向之间的夹角。
速度是描述物体运动快慢的物理量,是位移随时间的变化率。
根据功的计算公式,可以推导出功与速度的关系:功=力×位移×cosθ=力×速度×时间×cosθ=力×速度×cosθ×时间=动能变化=1/2mv²-1/2mu²,其中m为质量,v为最终速度,u为初始速度。
可见,功与速度的关系是非线性的,功随速度的平方变化。
实验步骤:1.准备一段光滑的直线轨道,轨道两端分别固定一个弹簧弹出的(即力的大小与伸长量成正比)小物块。
2.将一个小物块放在轨道上,使其始终保持静止。
3.缓慢将另一个小物块推向静止的小物块,使其通过碰撞将被推的小物块推向前方。
4.观察并记录被推小物块的速度和位移,利用公式计算功。
5.重复上述步骤,但通过调节推动小物块的初速度,探究不同速度下功的变化。
实验结果与分析:通过多次重复实验,并计算不同速度下的功。
发现在速度增加的过程中,功的值呈现出非线性的增加趋势,其增加率逐渐减小。
实验结果证明了功与速度的平方成正比的关系。
根据实验结果可以得出结论:当速度增加时,功的值增加,但增加率逐渐减小。
实验误差分析:1.实验中存在一定的摩擦力,摩擦力对力的大小和方向产生了影响,可能会对实验结果产生一定的误差。
2.实验中的材料和设备的质量差异可能会对结果产生影响,如弹簧的弹性系数、小物块的质量等。
3.在实验过程中,由于实验者的操作不精确,以及观测仪器的误差,也可能会对结果产生一定误差。
改进方法:1.减小摩擦力对实验的影响,可以在轨道表面涂抹一层光滑剂。
2.选用质量较为均匀的小物块,并进行精确测量。
3.提高实验者的操作技术,减小人为误差。