高中物理双基学法系列第四十一讲实验探究功与速度变化的关系.docxVIP

第四十一讲 实验：探究功与速度变化的关系基础知识学点一、探究思路和实验过程1、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．（3）通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比关系。2、实验器材： 长木板、带小钩的小车、橡皮筋、电火花打点计时器、纸带以及毫米刻度尺等．3、实验原理（1）分析与猜测①通过研究重力做功确立了重力势能的表达式，通过分析弹力做功，探究了弹力做功的表达式，那么，要探究动能的变化，也要从力做功开始。②物体在力的作用下通过一段位移，力会使物体做功，物体的速度也会发生变化，即动能也会发生变化，二者之间一定存在着必然的联系。探究的思路①要探究功与物体速度变化的关系，就要改变力对物体所做的功，测出力对物体做不同的功时，物体的速度的大小。②为了方便实验，设定物体运动的初速度为零，利用如图所示的实验装置，进行实验，通过橡皮条来对小车做的功、打点计时器在纸带上打出的点测量小车获得的速度，然后分析功与速度之间的关系。③通过改变橡皮条的条数来确定橡皮条对小车做功、、、…。进行若干次的测量，就得到若干组功与速度的数据。以橡皮条对小车所做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，做出曲线，分析这条曲线，可以得知橡皮条对小车做得功与小车获得的速度之间的关系。4、实验步骤：（1）将打点计时器固定在长平板上，让纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。（2）将平板安装有打点计时器的一端适当垫高，调整高度，直至轻推小车后使小车恰能在板上做匀速直线运动为止（打点计时器打出的点迹较均匀），这样就平衡了摩擦力。先将1根橡皮筋固定在小车前端。拉长橡皮筋使小车位于靠近打点计时器处，记下小车位置。接通打点计时器电源，释放小车。用打点计时器打出的纸带测出小车获得的速度，此时橡皮条对小车所做的功为、设定，将这一组数据记入表格中。然后分别用2 条、3条、4条、5条橡皮筋分别代替1条橡皮筋重做实验，保证每次释放小车的位置相同，即橡皮筋被拉长的长度相同。在上述实验中打出的5 条纸带中，分别找出小车开始近似做匀速运动的点，并分别测出匀速运动时的速度、、…、，以及所对应的橡皮条对小车所做的功、、…、记入表格中。建立直角坐标系，用纵坐标表示橡皮条对物体做的功，用横坐标表示物体的速度或速度的平方，然后通过描点、连线，画出曲线，得出结论。5、实验注意事项：（1）尽量选择相同的橡皮筋：因为橡皮条在被拉伸直到恢复原长的过程中对小车做功，橡皮筋拉小车时的作用力是变力，不能直接用恒力做功公式求变力做功问题；但选用相同的橡皮筋，且伸长量都一样时，橡皮条数目的关系就是做功多少的关系，因此，可以不需求出变力功的大小，就知道功的关系。（2）平衡摩擦力：实验中的小车不可避免地要受摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们研究拉力对小车做功和速度的关系，应排除其他力的影响。可将木板的一端稍垫高，轻推小车，观察小车是否做匀速运动，使重力的分力与摩擦力相平衡，消除摩擦力的影响。平衡摩擦力时，应将木板放有打点计时器的一端垫高，小车不连橡皮筋，尾部固定一纸带，轻推小车使小车沿木板向下能做匀速运动；如果纸带上打出的点间距是均匀的，说明小车做匀速运动 （3）实验中小车应从静止释放，必须保证小车初速度为零。（4）选取纸带上的点时，应选点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，具体操作是在纸带上选取间距均匀的点来确定小车获得的速度。基础知识学点二：实验数据的处理与分析1、记录实验数据橡皮条根数力对车做的功位移时间速度速度的平方123452、测量小车的速度 实验获得的如图所示的纸带，为探究橡皮条弹力做功和小测速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车的瞬时速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上 的物理量是：A、B之间的距离，小车速度的表达式（小车测量的物理量表示）： （表示从A运动B的总时间）3、实验数据的分析（1）估测、初步判断：将得到的一组值，描点于坐标平面内，从点的分布情况来大致判断应该是什么样的曲线；若不是直线，然后分别试探画出与、与、与、与间的图象．（2）结论：因为直线关系最容易判断两个物理量的关系，所以通过试探，找出哪一组是正比关系，最后确定功与速度的最终关系，也可借助计算机来进行分析、整理．（3）画图线时应画成平滑的曲线，不能连成折线；在画直线时应尽可能使点落在直线上，不能落在直线上的点应均匀分布在直线的两侧，如图甲、乙所示．（4）实验结论：合外力做的功与速度的平方成正比，即力对物体做的功与物体速度的平方成正比。4、实验误差：（1）误差的来源之一是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力与橡皮筋的条数不成正比，所以实验中应尽量选用长度和规格相同的橡皮筋。（2）因为橡皮筋拉力过大，小车获得的速度比较大，加之实