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6　实验：探究功与速度变化的关系 一、实验步骤 按如图7-6-1所示安装好实验仪器 图7-6-1 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，不挂橡皮筋，闭合电源，轻推小车，打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点． 第一次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，设此时橡皮筋弹力对小车做功为W，并将得到的数据记入表格． 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，测出速度为v2、v3、v4…，橡皮筋对小车做功分别为2W、3W、4W…将数据记入表格． 分析数据，尝试做W-v，W-v2等图象，探究W、v的关系． 图7-6-2 三、误差来源 本实验中，我们研究橡皮筋做功W与物体速度v之间的关系，因此应从这两个数据的准确性来分析误差的来源． W的误差来源：(1)橡皮筋的长短、粗细不一，使橡皮筋的拉力与条数不成正比；(2)摩擦阻力没有被完全抵消，使合力做的功不等于橡皮筋所做的功，从而不与条数成正比． v的误差来源：(1)测量误差：由于测量不准确而产生的偶然误差；(2)阻力误差：由于摩擦阻力而使小车离开皮筋后做减速运动，使v的测量产生系统误差． 四、注意事项 平衡摩擦力，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． 每次实验所用的橡皮筋都相同并且橡皮筋拉伸的长度都保持一致． 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． 【典例1】 关于探究功与物体速度变化的关系实验中，下列叙述正确的是 (　　)． A．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值 B．每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致 C．放小车的长木板应该尽量使其水平 D．先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出 解析　本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就足够了，A错．每次实验橡皮筋拉伸的长度必须保持一致，只有这样才能保证以后各次实验时，橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍，B错．小车运动中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，使重力的平行斜面分力与阻力平衡才能减小误差，C错．实验时，应该先接通电源，待打点计时器正常工作，然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出，D正确． 答案　D 【变式1】 在探究功与物体速度变化关系的实验中，得到如图7-6-3所示的纸带，O为起始点，造成纸带中的点迹之间间隔越来越大的原因可能是 (　　)． 图7-6-3 A．没有把木板垫高以平衡摩擦力 B．橡皮筋力度不够 C．把木板垫得太高 D．上述三种情况都有可能 解析　由纸带可知小车一直做加速运动，原因可能是木板垫得太高，重力沿板向下的分力大于阻力而使小车一直加速运动．故C正确． 答案　C 【典例2】 下表为按照教材上的装置进行的某一实验的测量数据，其中实验所用计时器为电火花打点计时器，小车质量为300 g，使用的橡皮筋为1根至6根，每次增加1根，橡皮筋被拉伸的长度均为19 cm.根据表中数据，怎样才能找出W与v的关系？ (　　). 解析　通过试探与分析，确定W与v的关系：先试探画出W-v图象，大致判断一下W与v的关系，再画出其他的图象，找出哪一个图象是直线，从而确定功与速度的最终关系． W-v图象如题图所示， 由图象可以看出，W很可能与v2成正比，通过计算，列表如下：功与速度平方的关系． 依据上述数据，作出W－v2的函数图象如图所示．由图象可知，功与速度的平方成正比． 答案　见解析 【变式2】 如图7-6-4所示为与小车相连、穿过打点计时器的一条纸带，纸带的点距并不都是均匀的．下列说法正确的是 (　　)． A．纸带的左端是与小车相连的 B．纸带的右端是与小车相连的 C．利用E、F、G、H、I、J这些点之间的距离来确定小车的速度 D．利用A、B、C、D、E这些点之间的距 离来确定小车的速度 解析　小车做变加速运动，速度越来越大，由此可知B项正确；实验所要求的速度，应是小车最终做匀速运动的速度，故D项正确． 答案　BD * * 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. 实验 器材 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. 实验原理 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． 实验 目的 实验操作 数据处理 6.00 1.89 5.00 1.76 4.00 1