2024年高中物理第七章第6节实验：探究功与速度变化的关系讲义含解析新人教版必修2.docVIP

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试验：探究功与速度变更的关系

一、试验目的

1．通过试验探究力对物体做的功与物体速度变更的关系。

2．体会探究过程和所用的方法。

二、试验原理

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，计算出每次试验后小车的速度，最终分析每次做的功与获得的速度的关系，总结出功与获得的速度的关系。

三、试验器材

木板、橡皮筋(若干)、小车、打点计时器、低压沟通电源、纸带、刻度尺等。

四、试验步骤

1．按如图所示安装好试验仪器。

2．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，接到小车上，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匀称的点。

3．第一次先用一条橡皮筋做试验，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。

4．换用2条、3条、4条、……同样的橡皮筋做试验，并将橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，即让小车从同一位置由静止释放，测出v2、v3、v4、……橡皮筋对小车做功分别为2W、3W、4W、……将数据记入表格。

5．分析数据，尝试作W-v，W-v2等图象，探究W、v的关系。

五、数据处理

1．速度数值的获得：试验获得的是如图所示的纸带

为探究橡皮筋弹力做功与小车速度的关系，须要测量的是弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度。所以，应当在纸带上测量的物理量是图中A1与A3间的距离x，小车速度的表达式为v＝eq\f(x,2T)，其中T是打点计时器的打点周期。即选择相邻距离基本相同的若干点来计算小车匀速时的速度。

2．计算W、2W、3W、……时对应的v、v2、v3、eq\r(v)……数值，填入下面表格。

Wvn

W

2W

3W

4W

5W

v

v2

v3

eq\r(v)

3．逐一与W的一组数值比照，推断W与v的可能关系，或分别摸索画出W与v、W与v2、W与v3、W与eq\r(v)间关系的图象，找出哪一组的图象是直线，从而确定功与速度的正确关系。

六、留意事项

1．平衡摩擦力的方法：将木板一端垫高，轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的匀称程度推断小车是否做匀速运动，找到木板的一个合适的倾角。

2．测小车速度时，纸带上的点应选匀称部分的，也就是选小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的功为单位即可，不必计算出详细数值。

4．每次释放小车时，都要让它从同一位置由静止起先运动。

5．小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些。

七、误差分析

产生缘由

减小方法

偶然误差

①橡皮筋长短、粗细不一

②纸带上“点”间距离测量不准

③描点不精确

①选用规格相同的橡皮筋

②测量、描点尽量精确

系统误差

遗忘平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力

试验前精确地平衡摩擦力

[典型例题]

例1.探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，试验装置如图所示，试验主要过程如下：

(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、……

(2)分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度v1、v2、v3、……

(3)作出W-v草图。

(4)分析W-v图象。假如W-v图象是一条直线，表明W∝v；假如不是直线，可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝eq\r(v)等关系。

以下关于该试验的说法中不正确的是()

A．本试验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、……所采纳的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次试验中使橡皮筋拉伸的长度保持一样。当用1条橡皮筋进行试验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……试验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、……

B．小车运动中会受到阻力，补偿的方法是使木板适当倾斜

C．某同学在一次试验中，得到一条记录纸带。纸带上打出的点，两端密、中间疏。出现这种状况的缘由，可能是没有使木板倾斜或倾角太小

D．依据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最终一点的距离来进行计算

[解析]由试验原理可知变更橡皮筋做功多少的方法是靠变更橡皮筋条数来实现的，A正确；为使橡皮筋的拉力等于小车所受的合力，通过使木板倾斜的方法平衡摩擦阻力，B正确；若没有平衡或平衡摩擦力不足，就会出现橡皮筋拉力为零后，小车减速运动，打出的点渐渐变密，C正确；计算速度，应以最终一段点间距(即小车达到匀速运动的区域)进行计算，D错误。

[答案]D

[典型例题]

例2.如图所示为某学习小组做“探究功与速度变更的关系”的试验装置，图中小车是在一条橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行，这时，橡皮筋对小车做的功记为W。当用2条、3条