高一物理05实验：研究功与速度变化的关系-讲义（学生版）.pdf

05实验：研究功与速度变化的关系

学习目标

1.会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度

2.会利用图像法处理数据寻找功与速度的关系

一、实验：探究功与速度变化的关系

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．

2.实验器材

木板、小车、橡皮筋、打点计时器及电源、纸带等．

设计思路：如图所示

（1）设法让橡皮筋对小车做的功分别为、、……

（2）由纸带和打点计时器分别测出小车获得的速度、、……

（3）以橡皮筋对小车做的功为纵坐标（以第一次实验时的功为单位），小车获得的速度为横坐

标，作出曲线．

(4)如果曲线是一条直线，表明；如果不是直线，可着手考虑是否存在下列关系：

、、……

(5)根据曲线，大致判断两个量可能是什么关系．如果认为很可能是，就作出

曲线，如果这条曲线是一条直线，就可以证明你的判断是正确的．

3.实验步骤

（1）将打点计时器固定在一块平板上，让纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器．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．

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（2）将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．

（3）用条、条、条、条橡皮筋分别代替条橡皮筋重做实验，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．

(4)在上述实验中打出的条纸带中，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、、、、．

(5)建立直角坐标系，用纵坐标表示力对物体做的功，用横坐标表示物体的速度或速度的平方，

描点、连线，得出结论——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.实验注意事项

（1）避开变力功的计算，用倍数表示功．

橡皮筋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，我们不能直

接用恒力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．市售的橡皮筋粗细不一，一致性

差，弹力偏大．不同的橡皮筋之间的弹力差异也较大，不能满足本实验的要求．而且用至少根以上时

弹力过大，使打出的纸带点数过少，以致找不出小车不受力匀速运动时所打出的点．可选择服装中使用

的多股橡皮筋的松紧带，要仔细地剪成单股．

点拨：这种做法巧妙地回避了具体功数值的计算，可使问题简化，但时橡皮筋的要求比较高．

（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．如图所示，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．

强调注意事项：①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．

②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）速度的测定．

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①用打点计时器来测速度．

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如图所示，来确定小车获得的速

度，即．

②用频闪照相来测速度．

③用传感器借助计算机来测速度．