学生实验教案2

实验：探究功与速度的变化关系

一、实验目的

探究外力对物体做功与物体动能变化的关系。

二、实验原理

探究功与物体动能变化的关系，可通过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，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。

三、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、5~6条等长的橡皮筋、刻度尺。

四、实验步骤

1.按上图将实验仪器安装好。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，将这一组数据记入表格。

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，将数据记入表格。

4.用3条、4条……橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格。

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=x/T(T为打点计时器的时间间隔)。

(2)实验数据记录

橡皮筋条数

位移x/ m 时间t/s 速度v/(m·s)

-1速度平方v/(m·s)

222-2(3)实验数据处理及分析：在坐标纸上(如图5-4-3)画出W-v或W-v图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位)。

2(4)实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系W∝v。

五、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。判断是否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

长的长度都应保持一致。

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。

六、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。

【例题分析】

热点一 实验原理的考查

【例1】在做“探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是 ( ) A.通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值

B.通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值

C.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

D.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

热点二 实验数据的处理

【例2】某试验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”。如图，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平桌面上相距50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小。小车中可以放置砝码。

(1)实验主要步骤如下：

①测量___________和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路。

②将小车停在C点，_____________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度。

③在小车中增加砝码，或_________，重复②的操作。

22(2)下表是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|v2-v1|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE,F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功。表格中的ΔE3=_______，W3=_______。(结果保留三位有效数字)。

次数

M/kg 1 2 3 4 5 0.500 0.500 0.500 1.000 1.000 |v1- v2|/(m/s)

0.76 1.65 2.40 2.40 2.84 222ΔE/J F/N W/J 0.200 0.420 W3

1.21 1.43 0.190 0.400 0.413 0.840 ΔE3

1.20 1.42 1.220 2.420 2.860 (3)根据上表，请作出ΔE-W图线。