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1、第六第六节节实验实验：探究功与速度：探究功与速度变变化的关系化的关系第七章机械能守恒定律第七章机械能守恒定律一、一、实验实验目的目的1通通过实验过实验探究功与速度探究功与速度变变化的关系化的关系2体会探究的体会探究的过过程和所用的方法程和所用的方法二、二、实验实验方案方案方案一方案一1实验实验原理原理由重物通由重物通过过滑滑轮牵轮牵引小引小车车，当小，当小车车的的质质量比重物大得多量比重物大得多时时，可，可以把重物所受的重力当做小以把重物所受的重力当做小车车受到的受到的牵牵引力如下引力如下图图所示所示改改变变重物的重物的质质量或者改量或者改变变小小车车运运动动的距离，也就改的距离，也就改变变了
2、了牵牵引力引力做的功，从而探究做的功，从而探究牵牵引力做的功与小引力做的功与小车获车获得的速度得的速度间间的关系的关系2实验实验步步骤骤(1)按如按如图图所示安装好所示安装好实验仪实验仪器器(2)平衡摩擦力：将安装有打点平衡摩擦力：将安装有打点计时计时器的器的长长木板的一端木板的一端垫垫高，高，让让纸带纸带穿穿过过打点打点计时计时器器连连在小在小车车后端，不挂重物，后端，不挂重物，闭闭合合电电源源,轻轻推推小小车车,直到打点直到打点计时计时器在器在纸带纸带上打出上打出间间隔均匀的点隔均匀的点为为止止(3)在小在小车车中放入砝中放入砝码码，把，把纸带纸带穿穿过过打点打点计时计时器器,连连在小在小
3、车车后端后端,用用细线绕过细线绕过滑滑轮连轮连接小接小车车和和钩码钩码(4)将小将小车车停在打点停在打点计时计时器附近，先接通器附近，先接通电电源，再源，再释释放小放小车车，关，关闭闭打点打点计时计时器器电电源源(5)改改变钩码变钩码的数量，更的数量，更换纸带换纸带重复重复(4)的操作的操作4注意事注意事项项(1)平平衡衡摩摩擦擦力力时时，不不挂挂重重物物，轻轻推推小小车车后后，小小车车能能做做匀匀速速直直线线运运动动(2)计计算算牵牵引引力力做做功功时时，可可以以不不必必算算出出具具体体数数值值，只只用用位位移移的的数数值值与符号与符号G的乘的乘积积表示即可表示即可方案二方案二1实验实验原理
4、原理使小使小车车在橡皮筋的作用下在橡皮筋的作用下弹弹出，如下出，如下图图所示所示改改变变橡橡皮皮筋筋的的条条数数，橡橡皮皮筋筋对对小小车车做做的的功功分分别别是是一一条条橡橡皮皮筋筋做做功功时时的的相相应应倍倍数数，测测出出小小车车被被弹弹出出后后的的速速度度，能能够够找找到到橡橡皮筋皮筋对对小小车车做的功与小做的功与小车车速度的关系速度的关系2实验实验步步骤骤(1)按如按如图图所示安装所示安装仪仪器器(2)平衡摩擦力平衡摩擦力(3)第第一一次次先先用用一一条条橡橡皮皮筋筋做做实实验验，用用打打点点计计时时器器和和纸纸带带测测出出小小车车获获得得的的速速度度v1，设设此此时时橡橡皮皮筋筋弹弹力
5、力对对小小车车做做功功为为W，并并将将测测得的数据得的数据记记入表格入表格(4)换换用用2条条、3条条、4条条同同样样的的橡橡皮皮筋筋做做实实验验，并并使使橡橡皮皮筋筋拉拉伸伸的的长长度度都都和和第第一一次次相相同同，测测出出v2、v3、v4，橡橡皮皮筋筋对对小小车车做功分做功分别为别为2W、3W、4W，将数据，将数据记记入表格入表格(2)计计算算小小车车做做的的功功分分别别为为W、2W、3W时时对对应应的的v、v2、v3、的数的数值值，填入表格，填入表格4注意事注意事项项(1)实验时选择实验时选择粗粗细细、形状、形状、长长度、材料完全相同的橡皮筋度、材料完全相同的橡皮筋(2)每每次次实实验验
6、时时都都让让小小车车从从同同一一位位置置由由静静止止释释放放，即即保保证证每每次次实验实验中橡皮筋拉伸的中橡皮筋拉伸的长长度都保持一致度都保持一致(3)实实验验中中不不必必测测出出功功和和速速度度的的具具体体数数值值，只只要要测测出出以以后后各各次次实验时实验时做的功是第一次做的功是第一次实验时实验时的多少倍即可的多少倍即可(4)平衡摩擦力平衡摩擦力时时,不要拴橡皮筋，但不要拴橡皮筋，但应连应连着着纸带纸带且接通且接通电电源源(5)打打出出的的纸纸带带上上的的点点间间距距并并不不都都是是均均匀匀的的，应应选选取取点点间间距距均均匀部分来求小匀部分来求小车车的速度的速度 (2015永州高一检测永
7、州高一检测)用如图所示的装置，探究功与物体用如图所示的装置，探究功与物体速度变化的关系实验时，先适当垫高木板，然后由静止释放速度变化的关系实验时，先适当垫高木板，然后由静止释放小车，小车在橡皮筋弹力的作用下被弹出，沿木板滑行小车小车，小车在橡皮筋弹力的作用下被弹出，沿木板滑行小车滑行过程中带动通过打点计时器的纸带，记录其运动情况观滑行过程中带动通过打点计时器的纸带，记录其运动情况观察发现纸带前面部分点迹疏密不匀，后面部分点迹比较均匀，察发现纸带前面部分点迹疏密不匀，后面部分点迹比较均匀，回答下列问题：回答下列问题：对实验对实验操作的考操作的考查查(1)适当垫高木板是为了适当垫高木板是为了_(2
8、)通过纸带求小车速度时，应使用纸带的通过纸带求小车速度时，应使用纸带的_(选填选填“全全部部”“前面部分前面部分”或或“后面部分后面部分”)(3)若实验做了若实验做了n次，所用橡皮筋分别为次，所用橡皮筋分别为1根、根、2根、根、n根，通根，通过纸带求出小车的速度分别为过纸带求出小车的速度分别为v1、v2、vn，用，用W表示橡皮筋表示橡皮筋对小车所做的功，作出的对小车所做的功，作出的Wv2图线是一条过坐标原点的直线，图线是一条过坐标原点的直线，这说明这说明W与与v的关系是的关系是_.衡摩擦力衡摩擦力后面部分后面部分W与速度与速度v的平方成正比的平方成正比解析解析(1)为为使橡皮筋使橡皮筋对对小小
9、车车做的功等于合力做的功等于合力对对小小车车做的做的功，需利用小功，需利用小车车重力沿木板方向的分力平衡摩擦力重力沿木板方向的分力平衡摩擦力(2)实验实验中需要求橡皮筋做功后小中需要求橡皮筋做功后小车获车获得的速度，所以得的速度，所以应应用用纸纸带带的后面部分的后面部分(3)“过过原点的直原点的直线线”意味着意味着纵纵横坐横坐标轴对应标轴对应的两个量成正比关的两个量成正比关系系总结总结提升提升(1)为为了消除摩擦力的影响，可将木板上有打点了消除摩擦力的影响，可将木板上有打点计时计时器的一端器的一端垫垫高，以小高，以小车车不受其他力不受其他力时时能在木板上匀速运能在木板上匀速运动为动为准准(2)
10、在用在用纸带计纸带计算小算小车获车获得的速度得的速度时时，应该应该是橡皮筋恢复形是橡皮筋恢复形变变以后小以后小车车的速度，所以在的速度，所以在纸带纸带上上应选应选用那些用那些间间距距较较大且相大且相对对均匀的点来确定小均匀的点来确定小车车的速度的速度(3)本本实验实验巧妙地回避了橡皮筋巧妙地回避了橡皮筋弹弹力做功的力做功的计计算算 为了为了“探究功与速度变化的关系探究功与速度变化的关系”，某同学做了如下实，某同学做了如下实验，他让滑块在某一水平面上滑行，利用速度采集器获取其验，他让滑块在某一水平面上滑行，利用速度采集器获取其初速度初速度v，并测量出不同初速度的最大滑行距离，并测量出不同初速度的
11、最大滑行距离x，得到下表，得到下表所示几组数据：所示几组数据：实验实验数据的数据的处处理理数据数据组组123456v/(ms1)00.160.190.240.300.49x/m00.0450.0750.1110.1630.442(1)一同学根据表中数据，作出一同学根据表中数据，作出xv图象如图甲所示，观察该图象如图甲所示，观察该图象，该同学作出如下推理：根据图象，该同学作出如下推理：根据xv图象大致是一条抛物图象大致是一条抛物线，可以猜想，线，可以猜想，x可能与可能与v2成正比请在图乙所示坐标纸上选成正比请在图乙所示坐标纸上选择适当的坐标轴作出图线验证该同学的猜想择适当的坐标轴作出图线验证该同
12、学的猜想(2)根据你所作的图象，你认为滑块滑行的最大距离根据你所作的图象，你认为滑块滑行的最大距离x与滑块初与滑块初速度平方速度平方v2的关系是的关系是_思路探究思路探究用描点法画出用描点法画出xv2图图象，然后由象，然后由图线图线判断判断规规律律解析解析(1)作出作出xv2图线图线如如图图所示所示(2)由由图图可可以以看看出出，滑滑块块滑滑行行的的最最大大距距离离x与与滑滑块块初初速速度度的的平平方方v2成正比，即成正比，即xv2.答案答案(1)见见解析解析(2)xv2感悟提升感悟提升图图象法的象法的优优点和作点和作图图要求要求(1)用用图图象象处处理数据，比直接理数据，比直接寻寻找找W、v
13、关系更直关系更直观观(2)画画图线时应图线时应用平滑的曲用平滑的曲线连线连接各点，不能画成折接各点，不能画成折线线(3)画画图图线线时时应应尽尽可可能能使使较较多多的的点点落落在在图图线线上上，余余下下的的点点应应均均匀分布在匀分布在图线图线的两的两侧侧，个，个别别偏离偏离图线图线太多的点太多的点应应予以舍去予以舍去范范例例(2015淮淮南南一一中中高高一一检检测测)某某同同学学在在探探究究功功与与物物体体速速度度变变化化的的关关系系实实验验中中，设设计计了了如如图图甲甲所所示示的的实实验验将将纸纸带带固固定定在在重重物物上上，让让纸纸带带穿穿过过电电火火花花计计时时器器先先用用手手提提着着纸
14、纸带带，使使重重物物静静止止在在靠靠近近计计时时器器的的地地方方然然后后接接通通电电源源，松松开开纸纸带带，让让重重物物自自由由下下落落，计计时时器器就就在在纸纸带带上上打打下下一一系系列列小小点点，得得到到的的纸纸带带如如图图乙乙所所示示O点点为为计计时时器器打打下下的的第第1个个点点，该该同同学学对对数数据据进进行行了了下下列列处处理理：取取OAABBC，并并根根据据纸纸带带算算出出了了A、B、C三三点点的的速速度度分分别别为为vA0.12 m/s，vB0.17 m/s，vC0.21 m/s.根据以上数据你能否大致判断根据以上数据你能否大致判断Wv2?答案答案见见解析解析总结总结提升提升本本实验实验减小减小误误差的方法差的方法因因为为该该实实验验中中只只考考虑虑重重力力所所做做的的功功，所所以以在在实实验验中中应应适适当当增增大大重重物物的的质质量量，使使物物重重远远大大于于空空气气阻阻力力，这这样样可可减减小小空空气气阻阻力力带带来的影响，从而减小来的影响，从而减小实验误实验误差差
