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實(shí)驗(yàn)： 探究功與速度變化的關(guān)系
湖北省大悟縣第一中學(xué) 432800 徐高本
1. 實(shí)驗(yàn)原理
探究功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系，可通過改變力對(duì)物體做的功，測(cè)出力對(duì)物體做不同功時(shí)物體的速度。為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)可將物體的初速度設(shè)置為零，用如圖1所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過增加橡皮筋的條數(shù)使橡皮筋對(duì)小車做的功成倍增加。再能過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶來測(cè)量每次實(shí)驗(yàn)后小車的末速度。
2. 實(shí)驗(yàn)步驟
（1）按圖1所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好，同時(shí)平衡摩擦力。 圖1
（2）先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)
2、出小車獲得的速度，設(shè)此時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為，將這一組數(shù)據(jù)記入表格。
（3）用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度與第一次相同，這時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為，測(cè)出小車獲得的速度，將數(shù)據(jù)記入表格。
（4）用3條、4條……橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用同樣的方法測(cè)出功和速度，記入表格。
（5）用作圖法分析數(shù)據(jù)。
3.數(shù)據(jù)處理
（1）小車速度的測(cè)量：探究橡皮筋彈力做功和小車速度的關(guān)系，要測(cè)量彈力做功結(jié)束時(shí)小車的速度，即小車做勻速運(yùn)動(dòng)的速度，應(yīng)選用紙帶上的點(diǎn)均勻的部分。
（2）圖象分析：以橡皮筋對(duì)小車做的功為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度為橫坐標(biāo)，以第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的功為單位，作出圖象，分析這條圖線，可以得知橡皮筋
3、對(duì)小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系。
4.誤差分析
（1）在長(zhǎng)木板上，小車、鐵釘、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置應(yīng)調(diào)整適當(dāng)，以保證打在紙速上的點(diǎn)便于處理，求出小車運(yùn)動(dòng)的速度；
（2）平衡摩擦力時(shí)，可使木板略微傾斜，作為補(bǔ)償，保證小車脫離橡皮筋后做勻速運(yùn)動(dòng)；
（3）小車的質(zhì)量較小，當(dāng)用多條橡皮筋時(shí)，打出的點(diǎn)過少，應(yīng)改用質(zhì)量稍大的小車（或加砝碼），以保證打出的點(diǎn)便于處理。
例1 “探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，當(dāng)小車在一條橡皮筋作用下彈出時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W0。當(dāng)用2條、3條、4條……完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、第4次……實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車
4、做的功記為2W0、3 W0、4 W0……，每次實(shí)驗(yàn)中由靜止彈出的小車獲得的最大速度可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出。關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是 （ ）
A．某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，得到一條記錄紙帶，紙帶上打出的點(diǎn)，兩端密、中間疏，出現(xiàn)這種情況的原因，可能是木板傾角過大
B．當(dāng)小車速度達(dá)到最大時(shí)，橡皮筋處于原長(zhǎng)
C．應(yīng)選擇紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的一段計(jì)算小車的最大速度
D．應(yīng)選擇紙帶上點(diǎn)距均勻的一段計(jì)算小車的最大速度
解析 木板傾角過大時(shí)，相鄰兩點(diǎn)之間的間隔會(huì)越來越大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；當(dāng)橡皮筋處于原長(zhǎng)時(shí)，小車達(dá)到最大速度，選項(xiàng)B正確；本實(shí)驗(yàn)平衡阻力后，橡皮筋做功結(jié)束后，小車做勻
5、速直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D正確、C錯(cuò)誤。
點(diǎn)評(píng) 弄清實(shí)驗(yàn)原理和過程是解決此題的關(guān)鍵。
例2 某學(xué)習(xí)小組利用自行車的運(yùn)動(dòng)“探究阻力做功與速度變化的關(guān)系”。人騎自行車在平直的路面上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)人停止蹬車后，由于受到阻力作用，自行車的速度會(huì)逐漸減小至零，如圖3所示。在此過程中，阻力做功使自行車的速度發(fā)生變化。設(shè)自行車無動(dòng)力后受到的阻力恒定。
（1）在實(shí)驗(yàn)中使自行車在平直的公路上獲得某一速度后停止蹬車，需要測(cè)出人停止蹬車后自行車向前滑行的距離s，為了計(jì)算自行車的初速度，還需要測(cè)量____________（填寫物理量的名稱及符號(hào)）。
6、
（2）設(shè)自行車受到的阻力恒為f，計(jì)算出阻力做的功及自行車的初速度。改變?nèi)送Ｖ沟跑嚂r(shí)自行車的速度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，可以得到多組測(cè)量值。以阻力對(duì)自行車做功的大小為縱坐標(biāo)，自行車初速度為橫坐標(biāo)，作出W一V曲線。分析這條曲線，就可以得到阻力做的功與自行車速度變化的定性關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)中作出W一V圖象如圖所示，其中符合實(shí)際情況的是
解析 設(shè)人停止蹬車后自行車做勻減速運(yùn)動(dòng)，設(shè)滑行的時(shí)間和位移分別為和，由，由此式可知，還應(yīng)測(cè)出人停止蹬車后自行車滑行的時(shí)間t；
摩擦力做功為，動(dòng)能的變化為，顯然作出W一V圖象是開口向上拋物線，所以選項(xiàng)C正確。
點(diǎn)評(píng) 此題是將教材的料驗(yàn)運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中，弄清教材中實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理是解決此題的關(guān)鍵。
實(shí)驗(yàn)： 探究功與速度變化的關(guān)系
