高中物理第七章机械能守恒定律6实验探究功与速度变化的关系教学案新人教版必修215页

6 实验：探究功与速度变化的关
系
[学习目标] 1.通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系.2.学习利用图象法探究
功与速度变化的关系.
一、方案一 借助恒力做功探究功与速度变化的关系
1.原理
由钩码通过滑轮牵引小车，当小车的质量比钩码大得多时，可以把钩码所受的重力当作小车
受到的牵引力.如图 1所示.
图 1
改变钩码的质量或者改变小车运动的距离，也就改变了牵引力做的功，从而探究牵引力做的
功与小车获得的速度间的关系.
2.实验步骤
(1)按如图 1所示安装好实验仪器.
(2)平衡摩擦力：将安装有打点计时器的长木板的一端垫高，让纸带穿过打点计时器连在小车
后端，不挂(填“不挂”或“挂上”)钩码，接通电源，轻推小车，直到打点计时器在纸带上
打出间隔均匀的点为止.

(3)在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线绕过滑轮连接小车和
钩码.
(4)将小车停在打点计时器附近，先接通电源，再释放小车，小车运动一段时间后，关闭打点
计时器电源.
(5)改变钩码的数量，更换纸带重复(4)的操作.
3.数据处理
(1)选取点迹清晰的纸带，选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上 0、1、2、3….
(2)测出 0 到点 1、点 2、点 3…的距离，即对应的小车的位移 x1、x2、x3…，利用公式 vn＝
xn＋1－xn－1
2T
求出点 1、点 2、点 3…对应的瞬时速度 v1、v2、v3….
(3)确定此纸带所挂的钩码的重力 G，利用 Wn＝Gxn，分别求出小车的位移为 x1、x2、x3…时牵
引力所做的功 W1、W2、W3….
(4)先对测量数据进行估算，或作 W－v 草图，大致判断两个量可能的关系，如果认为是
W∝v2(或其他)，然后以 W为纵坐标，v2(或其他)为横坐标作图，从而判定结论.
4.注意事项
(1)平衡摩擦力时，不挂钩码，轻推小车后，小车能做匀速直线运动.
(2)计算牵引力做功时，可以不必算出具体数值，只用位移的数值与符号 G的乘积表示即可.
二、方案二 借助橡皮筋变力做功探究功与速度变化的关系
1.原理
使小车在橡皮筋的作用下弹出，如图 2所示.
图 2
改变橡皮筋的条数(若 n条)，橡皮筋对小车做的功分别是一条橡皮筋做功时的 n倍，测出小
车被弹出后的速度，能够找到橡皮筋对小车做的功与小车速度的关系.
2.实验步骤
(1)按如图 2所示安装实验仪器.
(2)平衡摩擦力.
(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获得的速度 v1，设此时橡
皮筋弹力对小车做的功为 W，并将测得的数据记入表格.
(4)换用 2条、3条、4条……同样的橡皮筋做实验，并使橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，
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.

3.数据处理
(1)速度数值的获得：实验获得的是如图 3所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功与小车速度变
化的关系，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，应该
在纸带上测量的物理量是图中间隔均匀的点 A1、A3间的距离 x，小车此时速度的表达式为 v＝
x
2T
，其中 T是打点计时器的打点周期.
图 3
(2)计算橡皮筋弹力对小车做的功分别为 W、2W、3W…时对应的 v、v2、v3、 v…的数值，填
入表格.
 W
vn 
W 2W 3W 4W 5W
v
v2
v3
v
(3)逐一与 W 的一组数值对照，判断 W 与 v、v2、v3、 v…的可能关系或尝试着分别画出 W
与 v、W与 v2、W与 v3、W与 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.
4.注意事项
(1)实验时选择粗细、形状、长度、材料完全相同的橡皮筋.
(2)每次实验时都让小车从同一位置由静止释放，即保证每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持
一致.
(3)实验中不必算出功的具体数值，只要测出以后各次实验时做的功是第一次实验时的多少倍
即可.
(4)平衡摩擦力时，不要拴橡皮筋，但应连着纸带且接通电源.
(5)打出的纸带上的点间距并不都是均匀的，应选取点间距均匀部分来求小车的速度.
一、借助恒力做功探究功与速度变化的关系
例 1 为了探究“合力做功与速度变化的关系”，某学习小组在实验室组装了如图 4 所示的

装置，备有下列器材：打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、...