学生实验课件配套优秀教案案例

探究功和速度变化的关系

实验目的

1、探究外力对物体做功与物体速度变化的关系

2、通过实验数据分析，总结出初速度为零时，外力对物体做功与物体速度二次方的正比关系

实验原理

物体在牵引力作用下行驶了一段距离，牵引力做功的过程中，物体的速度和动能都发生变化，进而通过实验结果探究出外力对物体做功与速度变化之间的关系。橡皮筋有形变，对小车有拉力时才会对小车做功。这是变力的功。探究过程中，不能测出橡皮筋做功的具体数值，采用几根相同的橡皮筋进行测量，第一次用一根橡皮筋去拉小车，第二次用两根橡皮筋并联去拉小车，每次橡皮筋的形变量相同，则橡皮筋对小车做功可以用倍数来表示；同理只要每次拉橡皮筋的起点相同，橡皮筋对小车做功就可以用1W、2W、3W…来表示了。小车在轨道上运动是不仅会受到橡皮筋对小车的拉力，还受到轨道对小车的摩擦力。我们实验的目的是探究橡皮筋对小车做功与小车速度变化的关系，这里摩擦力也对小车做功，因此实验之前我们应该先平衡轨道对小车的摩擦力，让小车所受的橡皮筋的拉力就是小车的合外力。将轨道垫起一定角度后用重力的下滑分力平衡摩擦力。强调平衡摩擦力时要让小车夹上纸带，并穿过打点计时器的限位孔。先加速再匀速运动，当橡皮筋恢复原长时拉力消失以后小车将做匀速运动。

实验器材

小车（前面带小钩、钩码）、长木板、橡皮筋（5-6条等长）、打点计时器（带纸带、复写纸）学生电源及导线、刻度尺。

实验步骤

1. 平衡轨道的摩擦力。

2. 让一根橡皮筋拉动小车从某一点开始运动，测出小车经过橡皮筋恢复原长时的速度。

3. 第二次用两根橡皮筋拉动小车从某一点开始运动，测出小车经过橡皮筋恢复原长时的速度；依次我们可以用三根、四根、五根橡皮筋做这个实验这样我们就可以测出橡皮筋对小车做功与小车速度变化定量关系。

数据处理

纸带上的点距并不都是均匀的，应该采用点距均匀的点来计算小车的速度。利用表格展示功与速度、速度的平方的关系。

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橡皮筋做的功W 小车获得的速度vn（m/s）

小车速度的平方vn（m/s）

1

2

3

4

在探究加速度与物体所受合外力的关系时，我们利用图像法可以更加清晰地展示各物理量之间的关系。同样的在坐标纸上建立坐标系，我们分别作出W－v和W－v2曲线，如果它

们中哪一条是一条过原点地倾斜直线，那么就验证了我们地猜想。

我们已经知道功与速度间的关系是W∝v，所以功与质量、速度间的关系可能是W∝2v2mv、W∝mv、W∝……

m222用天平测出小车的质量，并在小车内加不同数量的砝码以改变小车的总质量m，如教材中的探究实验那样进行操作，确定橡皮筋所做的功W，测出小车相应的速度v，画出W—v2mv、W—mv、W—等图象，看哪一种图象是过原点的倾斜直线，即可确定相应的比例m222关系。

注意事项

1. 由于小车运动过程中会遇到（滑轮和细绳、小车和木板、打点计时器和纸带之间等）阻力，所以要平衡摩擦力。平衡摩擦力时，要轻推一下小车，观察小车是否做匀速运动。

2. 小车质量约为200g，当用到多个钩码时，小车运动速度过大，可能使打出的纸带上的点数少，难以选到合适的点计算小车速度。可在小车上加100g～200g砝码。

3. 要在接通电源时，同时释放小车，以保证小车在选取位移时，获得的速度更为准确。

4. 在纸带上从第一个点开始测量一段位移（如20cm），计算位移末端的速度时，采用靠近点的原则选取速度。就是说当选取的这段位移（如20cm）的末端靠近哪个点，就用哪个点的瞬时速度作为这段位移的末速度。

5. 纵坐标功的单位可以用第一次做的功为单位，也可以用重力做的功mgh（m为一个钩码的质量，g为重力加速度值，h为钩码下落的距离即所选取的一段位移值）具体的值为单位。