XX省专用学年高中物理第七章机械能守恒定律第节实验探究功及速变化关系讲义含解析新人教必修.doc

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第6节实验：探究功与速度变化的关系
一、实验目的
1．经过实验探究力对物体做功与物体速度变化的关系。
2．领会探究过程和所用的方法。
二、实验原理
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、……经过对打点计时器所打纸带的测量计算出每次实验后小车的速度，最后解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变化的关系。
三、实验器材
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、实验步骤
1．按如下列图安装好实验仪器。
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，接通电源，轻推小车，打点计时器在纸带上打出间隔平均的点。
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3．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的运动情况。
4．换用2条、3条、4条…同样的橡皮筋做实验，并将橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，用打点计时器和纸带记录小车的运动情况。
五、数据办理
1．速度数值的获得：实验获得的是如下列图的纸带，为探究橡皮筋弹力做功与小车速度的关系，需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间隔平均的点A1、A3间的距离x，小车此时速度的表达式为v＝，其中T是打点计时器的打点周期。
2．计算小车做的功分别为W、2W、3W…时对应的v、v2、v3、…的数值，填入表格。
W
2W
3W
4W
5W
v
v2
v3
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3.逐一与W的一组数值比较，判断W与v、v2、v3、…的可能关系或尝试着分别画出W与v、W与v2、W与v3、W与间关系的图像，找出哪一组的图像是直线，进而确定功与速度的正确关系。
六、误差解析
1．系统误差的主要根源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋拉力做的功与橡皮筋的条数不可正比。
2．系统误差的另一主要根源是摩擦力平衡得不合适。
3．利用纸带确定物体的速度时，点间距测量不准会带来偶然误差。
4．作图描点不正确也会带来偶然误差。
七、注意事项
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平均程度判断小车是否做匀速运动。
2．测小车速度时，应选纸带上点平均的部分，也就是测小车做匀速运动时的速度。
3．所选橡皮筋的劲度系数应小一些，小车质量应大一些，以使纸带上打的点多一些。
4．所选橡皮筋的规格应同样，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。
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5．每次释放小车时，都要让它从同一地点由静止开始运动。
[例1]　在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图)：
(1)下列说法哪一项为哪一项正确的(　　)
A．平衡摩擦力时必须将钩码经过细线挂在小车上
B．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量
C．实验时，应使小车凑近打点计时器由静止释放
(2)如图是实验中获得的一条纸带的一部分，采用O、A、B、C计数点，已知打点计时器使用的沟通电频次为50Hz，则打B点时小车的刹时速度大小为________m/s(保存三位有效数字)。
[解析]　平衡摩擦力的原理就是在没有拉力的情况下调整斜面倾角，使μ＝tanθ，A错；为减小系统误差应使钩码质量远小于小车质量，B错；实验时使小车凑近打点计时器能充分利用纸带，由静止释放则后边点测出的动能即等于该过程的动能变化量，便于利用实验数据进行探究，故(1)选C。据
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vB＝＝0.653m/s，可得打B点时小车的刹时速度。
[答案]　(1)C　(2)0.653
[例2]　用如下列图的装置，探究功与物体速度变化的关系。实验时，先适合垫高木板，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。小车滑行过程中带动经过打点计时器的纸带，记录其运动情况。察看发现纸带前面部分点迹疏密不匀，后边部分点迹比较平均，回答下列问题：
(1)适合垫高木板是为了________________。
(2)经过纸带求小车速度时，应使用纸带的________(选填“全部”“前面部分”或“后边部分”)。
(3)若实验做了n次，所用橡皮筋分别为1根、2根…n根，经过纸带求出小车的速度分别为v1、v2…vn，用W表示橡皮筋对小车所做的功，