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1、一、实验目的一、实验目的(1)探究外力对物体做功与物体速度的关系。探究外力对物体做功与物体速度的关系。(2)通过实验数据分析，总结出做功与物体速度通过实验数据分析，总结出做功与物体速度 平方的正比关系。平方的正比关系。二、实验原理二、实验原理(1)不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数 确定对小车做功确定对小车做功W、2W、3W。(2)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
2、若干组功和速度的数据。干次测量，就得到若干组功和速度的数据。(3)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标，作出横坐标，作出Wv曲线，分析这条曲线，可以得知橡曲线，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。皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系。三、实验器材三、实验器材 小车小车(前面带小钩前面带小钩)、100 g200 g砝码、长木板，两砝码、长木板，两侧适当的对称位置钉两个铁钉、打点计时器及纸带、学侧适当的对称位置钉两个铁钉、打点计时器及纸带、学生电源及导线生电源及导线(使用电火花计时器不用学生电源使用
3、电火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。四、实验步骤四、实验步骤(1)按如图实按如图实51所示将实验仪器安装好，同时平衡摩所示将实验仪器安装好，同时平衡摩 擦力。擦力。 图实图实51(2)先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小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车获得的速度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，将这一组数据记入表格。将这一组数据记入表格。(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，这样橡皮筋对小车做的功为次相同，这样橡
4、皮筋对小车做的功为W2，测出小车获，测出小车获得的速度得的速度v2，将数据记入表格。，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橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和 速度，记入表格。速度，记入表格。(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t/s速度速度v(ms1)速度平方速度平方v2(m2s2)(3)实验数据处理及分析实验数据处理及分析观察法：当橡皮筋的条数成倍增加，即合外力做的观察法：当橡皮筋的条数成倍增加，即合外力做的功成倍增加时，观察小车的速度或速度的平方如何变功成倍增加时，观察小车的速度或速度的平方如何变化，有何变化规律。化，
5、有何变化规律。图像法：在坐标纸上图像法：在坐标纸上(图实图实53)画出画出Wv或或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)。图实图实53(4)实验结论：从图像可知做功与物体速度变化的关系为实验结论：从图像可知做功与物体速度变化的关系为Wv2。六、注意事项六、注意事项(1)平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车重力沿平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。方法是轻推小车，斜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由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板
6、一个合适的倾角。否匀速运动，找到木板一个合适的倾角。(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。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。做的功为单位即可，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。小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些。七、误差分析七、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
7、功筋的拉力做功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或平衡摩擦力时倾角过大。没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大。(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。例例1某探究学习小组的同学欲验某探究学习小组的同学欲验证动能定理，他们在实验室组装了证动能定理，他们在实验室组装了一套如图实一套如图实54所示的装置，另所示的装置，另 图实54 外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙。当滑块连接上纸带，用细写纸、纸带、
8、小木块、细沙。当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态。若你是小组中的一位成员，要完成该项实验。止状态。若你是小组中的一位成员，要完成该项实验。(1)你认为还需要的实验器材有你认为还需要的实验器材有_。(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙桶的总重力大小基实验时为了保证滑块受到的合力与沙桶的总重力大小基本相等，细沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是本相等，细沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是_，实验时首先要做的步骤是，实验时首先要做的步骤是_。(3)在在(2)的基础上，某同学用天平称量滑块的质量为的基础上，某同学
9、用天平称量滑块的质量为M。往。往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量为量为m。让沙桶带动滑块加速运动。用打点计时器记录其。让沙桶带动滑块加速运动。用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距点的间距L和这两点的速度大小和这两点的速度大小v1与与v2(v1v2)。则本实验最。则本实验最终要验证的数学表达式为终要验证的数学表达式为_。(用题中的字母用题中的字母表示实验中测量得到的物理量表示实验中测量得到的物理量)例例2某同学用如图实某同学用如图实55所
10、示的实验装置探究小车所示的实验装置探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系。图中动能变化与合外力对它所做功的关系。图中A为小车，连为小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器接在小车后面的纸带穿过打点计时器B的限位孔，它们均的限位孔，它们均置于水平的一端带有定滑轮的足够长的木板上，置于水平的一端带有定滑轮的足够长的木板上，C为弹簧为弹簧测力计，不计绳与滑轮的摩擦。实验时，先接通电源再测力计，不计绳与滑轮的摩擦。实验时，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点。松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点。图实图实55(1)该同学在一条比较理想的纸带上，从点迹清楚的某点该同学在一条比较理想
11、的纸带上，从点迹清楚的某点开始记为开始记为O点，顺次选取点，顺次选取5个点，分别测量这个点，分别测量这5个点到个点到O之之间的距离，并计算出它们与间的距离，并计算出它们与O点之间的速度平方差点之间的速度平方差v2(v2vt2v02)，填入下表：，填入下表：点迹点迹s/cmv2/m2s2O/11.600.0423.600.0936.000.1547.000.1859.200.23请以请以v2为纵坐标，以为纵坐标，以s为横坐标，在图实为横坐标，在图实56的方格纸的方格纸中作出中作出v2s图像。若测出小车质量为图像。若测出小车质量为0.2 kg，结合图像可，结合图像可求得小车所受合外力的大小为求得小
12、车所受合外力的大小为_N。 图实图实56(2)若该同学通过计算发现小车所受合外力小于测力计若该同学通过计算发现小车所受合外力小于测力计读数，明显超出实验误差的正常范围，你认为主要原读数，明显超出实验误差的正常范围，你认为主要原因是因是_，实验操作中改进的措施是，实验操作中改进的措施是_。解析解析(1)根据表中数据在根据表中数据在v2s坐标系中描点，然后用直线连接各点，如图所示。坐标系中描点，然后用直线连接各点，如图所示。(2)当小车受到向左的阻力当小车受到向左的阻力f 时，小车的合外力时，小车的合外力F合合FCf FC，如果使导轨倾斜一定角度平衡了小车的摩擦，如果使导轨倾斜一定角度平衡了小车的摩擦阻力，小车的合外力就等于测力计的读数阻力，小车的合外力就等于测力计的读数FC了。了。答案答案(1)图像见解析图像见解析0.25(2)小车滑行时所受摩擦小车滑行时所受摩擦阻力较大使木板倾斜一定的角度以平衡摩擦力阻力较大使木板倾斜一定的角度以平衡摩擦力
