高中物理人教版 (新课标)必修26.实验：探究功与速度变化的关系教案

6.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功与物体速度变化的关系．

2．体会探究过程和所用的方法．

二、实验原理

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．

三、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．

一、实验步骤

(1)按如图7­6­1所示安装好实验仪器．

图7­6­1

(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并接在小车后面，不挂橡皮筋，接通电源，轻推小车，直至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记录小车的运动情况．

(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，用打点计时器和纸带记录小车的运动情况．

二、数据处理

(1)求小车的最终速度：如图7­6­2所示，测出纸带上点迹均匀的两点如A1、A3间的距离x，则小车的速度为v＝.

图7­6­2

(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．

三、误差分析

(1)误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋拉力做的功与橡皮筋的条数不成正比．

(2)误差的另一主要来源是摩擦力平衡得不合适．

(3)利用纸带确定物体的速度时，点间距测量不准也会带来误差．

(4)作图描点不准带来误差．

四、注意事项

(1)平衡摩擦力的方法：将木板一端垫高，轻推小车让其拖动纸带运动，根据打点计时器打在纸带上的点迹是否均匀来判断是否平衡了摩擦力．

(2)测小车速度时，纸带上的点迹应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动时打的点迹．

(3)每次释放小车时，都要确保让它从同一位置由静止开始运动．

(4)所选橡皮筋的规格应一样，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.

实验探究1　实验原理及注意事项

　在用如图7­6­3所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时，

图7­6­3

(1)为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的________(选填“左端”或“右端”)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________运动．

(2)为了使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加，每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸到________．

(3)如图7­6­4所示，在正确操作情况下，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，应选用纸带的________部分进行测量．

图7­6­4

【解析】　(1)平衡摩擦力时应将木板固定有打点计时器的一侧适当垫高，使小车带动纸带做匀速直线运动．

(2)实验时，每次应将不同数量的橡皮筋拉伸到同一位置．

(3)橡皮筋做完功后，小车应做匀速运动，实验中应测小车做匀速运动的速度，在纸带上，要选用点迹间距离相等的计数点进行测量，应选用纸带上的GJ部分进行测量．

【答案】　(1)左端　匀速　(2)相同位置　(3)GJ

实验探究2　应用图象处理实验数据

　用如图7­6­5所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时：

图7­6­5

(1)下列说法正确的是________(填字母代号)．

A．为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，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．每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样

C．可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值

D．可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值

E．实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源

F．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度

G．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度

(2)若在实验中，我们用1条、2条、3条……同样的橡皮筋进行1次、2次、3次……实验．实验中，如果橡皮筋拉伸的长度都相等，那么每次橡皮筋对小车做的功可记作W、2W、3W……对每次打出的纸带进行处理，求出小车每次最后匀速运动时的速度v，记录数据见下表：

据以上数据，在坐标纸中作出W­v2图象．

图7­6­6

(3)根据(2)题中的图象可以得出的结论是________.

【导学号：50152123】

【解析】　(1)小车在水平面运动时，由于受到摩擦阻力导致小车速度在变化．所以适当倾斜以平衡摩擦力，小车所能获得动能完全来于橡皮筋做的功，故A正确；实验中每根橡皮筋做功均是一样的，所以所用橡皮筋必须相同，且伸长的长度也相同，故B正确；每次实验时橡皮筋伸长的长度都要一致，则一根做功记为W，两根则为2W，故C正确；实验中是通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值，故D错误；只要使用打点计时器的实验，都是先接通电源后释放纸带，故E错误；由于小车在橡皮筋的作用下而运动，橡皮筋对小车做的功与使小车能获得的最大速度有关，故F正确，G错误．

(2)根据描点法可得，如图所示

(3)由W­v2图线可知，图象为过原点的直线，因此W和v2成正比关系．

【答案】　(1)ABCF　(2)见解析　(3)外力做功与物体速度平方成正比