探究功与物体速度变化的关系

1、123一、实验目的一、实验目的1探究外力做功与物体速度变化的关系探究外力做功与物体速度变化的关系2通过分析论证和实验探究，培养实验探究能力和创新通过分析论证和实验探究，培养实验探究能力和创新 精神精神4二、实验原理二、实验原理 如图实如图实51所示，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿所示，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行当我们用木板滑行当我们用2条、条、3条条同样的橡皮筋进行第同样的橡皮筋进行第2次、次、第第3次次实验时，使每次实验中橡皮筋拉伸的长度实验时，使每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致，那么，第都保持一致，那么，第2次、第次、第3次次实验中橡皮筋对小实验中橡皮筋对小车做的功就是第一次的

2、车做的功就是第一次的2倍、倍、3倍倍如果把第一次实验时如果把第一次实验时橡皮筋的功记为橡皮筋的功记为W，以后各次的功就是，以后各次的功就是2W、3W56 由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出这样，进行若干点计时器测出，也可以用其他方法测出这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据次测量，就得到若干组功和速度的数据 以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐横坐 标，以第一次实验时的功标，以第一次实验时的功W为单位，作出为单位，作出Wv曲线，曲线，

3、即功速度曲线分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车即功速度曲线分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系或者作出做的功与小车获得的速度的定量关系或者作出Wv2图图象，指出象，指出W与与v2的关系，进而找出功与动能变化之间的关的关系，进而找出功与动能变化之间的关系系7三、实验器材三、实验器材 小车小车(前面带小钩前面带小钩)、长木板、长木板(两侧适当的对称位置钉两两侧适当的对称位置钉两个铁钉个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线、打点计时器及纸带、学生电源及导线(使用电火使用电火花计时器不用学生电源花计时器不用学生电源)、56条等长的橡皮筋、刻度尺条等长的橡皮筋、刻度尺8

4、四、实验操作四、实验操作1实验步骤实验步骤(1)按图实按图实51所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力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 得的速度得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为，设此时橡皮筋对小车做的功为W1，将这一组，将这一组 数据记入表格数据记入表格(3)用用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次 相同，这时橡皮筋对小车做的功为相同，这时橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获得的速，测出小车获得的速 度度v2，将数据记入表

5、格，将数据记入表格(4)用用3条、条、4条条橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速 度，记入表格度，记入表格92数据处理数据处理(1)测量小车的速度：实验获得如图实测量小车的速度：实验获得如图实52所示的纸带，所示的纸带， 为探究橡皮筋弹力做的功和小车为探究橡皮筋弹力做的功和小车 速度的关系，需要测量弹力做功速度的关系，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，应在纸带上测量速运动的速度，应在纸带上测量 的物理量是：的物理量是：A1、A2间的距离间的距离x， 小车速度的表达式是小车速度的表达式是v (T为打为打

6、点计时器的时间间隔点计时器的时间间隔)10(2)实验数据记录实验数据记录橡皮筋橡皮筋条数条数位移位移x/m时间时间t/s速度速度v/(ms1)速度平方速度平方v2/(m2s2)11 (3)实验数据处理及分析：在坐标纸上实验数据处理及分析：在坐标纸上(图实图实53)画出画出Wv和和Wv2图线图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位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实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系为Wv2.12五、注意事项五、注意事项1平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车的重力沿斜平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车的重力沿斜 面向下的分力与

7、摩擦阻力平衡方法是轻推小车，由打点面向下的分力与摩擦阻力平衡方法是轻推小车，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 车做匀速运动状态的车做匀速运动状态的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的功为单位即可，不必计算出具体数值4小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些小车质量应

8、大一些，使纸带上打的点多一些13六、误差分析六、误差分析1误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋 的拉力做的功的拉力做的功W与橡皮筋的条数不成正比与橡皮筋的条数不成正比2没有完全平衡摩擦力没有完全平衡摩擦力(倾角小倾角小)或平衡摩擦力过度或平衡摩擦力过度(倾角过倾角过 大大)也会造成误差也会造成误差3利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来 误差误差1415 (2010金华模拟金华模拟)科学规律的发现离不开科学探科学规律的发现离不开科学探究，而科学探究可以分为理论探究和实验探究下面我究

9、，而科学探究可以分为理论探究和实验探究下面我们用实验探究恒力做功和物体动能变化之间的关系们用实验探究恒力做功和物体动能变化之间的关系(1)某同学的实验设计方案如图实某同学的实验设计方案如图实54所示，该实验用所示，该实验用钩码的重力表示小车受到的合外力，为此，实验时在安钩码的重力表示小车受到的合外力，为此，实验时在安装正确、操作规范的前提下装正确、操作规范的前提下(已平衡摩擦力已平衡摩擦力)，还需要满，还需要满足的条件是足的条件是.16图实图实5417(2)图实图实55所示是某次实验中得到的一条纸带，其中所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是该同学确定的计数点，相邻计数点

10、是该同学确定的计数点，相邻计数点间的时间间隔为间的时间间隔为T，距离如图所示则打，距离如图所示则打C点时小车的速点时小车的速度为度为；要验证合外力的功与动能变化间的关系，；要验证合外力的功与动能变化间的关系，除位移、速度外，还要测出的物理量有除位移、速度外，还要测出的物理量有.1819解析解析(1)只有当钩码的重力远小于小车的总重力时，才只有当钩码的重力远小于小车的总重力时，才能近似地认为小车受到的拉力等于钩码的重力能近似地认为小车受到的拉力等于钩码的重力(2)C点的速度等于点的速度等于BD段的平均速度，故段的平均速度，故vC 要验证合外力做的功和动能变化间的关系，需要测出小车要验证合外力做的

11、功和动能变化间的关系，需要测出小车受到的拉力大小受到的拉力大小(钩码的重力钩码的重力)和小车位移和小车位移(WFx)，以及小，以及小车的质量和速度车的质量和速度(Ek mv2)，所以还需要测出钩码的重，所以还需要测出钩码的重力和小车的总质量力和小车的总质量20答案答案(1)钩码的重力远小于小车的总重力钩码的重力远小于小车的总重力(2) 钩码的重力和小车的总质量钩码的重力和小车的总质量21 (2009广东高考广东高考)某实验小组利用拉力传感器和速某实验小组利用拉力传感器和速度传感器度传感器探究探究“动能定理动能定理”如图实如图实56所示，他们将所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线

12、将其通过一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大小在水平桌面上相距50.0 cm的的A、B两点各安装一个两点各安装一个速度传感器，记录小车通过速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小小车中可时的速度大小小车中可以放置砝码以放置砝码22图实图实5623(1)实验主要步骤如下：实验主要步骤如下：测量测量和拉力传感器的总质量和拉力传感器的总质量M1；把细线的一；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；端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相

13、连；正确连接所需电路；正确连接所需电路；将小车停在将小车停在C点，点，小车在细线拉动下运动，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过记录细线拉力及小车通过A、B时的速度时的速度在小车中增加砝码，或在小车中增加砝码，或，重复，重复的操作的操作24(2)下表是他们测得的一组数据，其中下表是他们测得的一组数据，其中M是是M1与小车中砝与小车中砝码质量之和，码质量之和，|v22v12|是两个速度传感器记录速度的平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方差，可以据此计算出动能变化量E，F是拉力传感器受是拉力传感器受到的拉力，到的拉力，W是是F在在A、B间所做的功表格中的间所做的功

14、表格中的E3，W3.(结果保留三位有效数字结果保留三位有效数字)25次数次数 M/kg|v12v22|/(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.4326(3)根据上表，请在图实根据上表，请在图实57所示的方格纸上作出所示的方格纸上作出EW图线图线图实图实5727解析解析(1)该实验的研究对象是小车及固定在小车上该实验的研究对象是小车及固定在小车上的拉力传感器，因此，应测量小车和拉力传感器的总质的拉力传感器，因此，应测量小车和拉力传感器的总质量，将小车停在量，将小车停在C点，再释放小车，重复操作，多得点，再释放小车，重复操作，多得