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實驗： 探究功與速度變化的關系
湖北省大悟縣第一中學 432800 徐高本
1. 實驗原理
探究功與物體動能變化的關系，可通過改變力對物體做的功，測出力對物體做不同功時物體的速度。為簡化實驗可將物體的初速度設置為零，用如圖1所示的裝置進行實驗，通過增加橡皮筋的條數(shù)使橡皮筋對小車做的功成倍增加。再能過打點計時器和紙帶來測量每次實驗后小車的末速度。
2. 實驗步驟
（1）按圖1所示將實驗儀器安裝好，同時平衡摩擦力。 圖1
（2）先用一條橡皮筋做實驗，用打點計時器和紙帶測
2、出小車獲得的速度，設此時橡皮筋對小車做的功為，將這一組數(shù)據(jù)記入表格。
（3）用2條橡皮筋做實驗，實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同，這時橡皮筋對小車做的功為，測出小車獲得的速度，將數(shù)據(jù)記入表格。
（4）用3條、4條……橡皮筋做實驗，用同樣的方法測出功和速度，記入表格。
（5）用作圖法分析數(shù)據(jù)。
3.數(shù)據(jù)處理
（1）小車速度的測量：探究橡皮筋彈力做功和小車速度的關系，要測量彈力做功結束時小車的速度，即小車做勻速運動的速度，應選用紙帶上的點均勻的部分。
（2）圖象分析：以橡皮筋對小車做的功為縱坐標，小車獲得的速度為橫坐標，以第一次實驗時的功為單位，作出圖象，分析這條圖線，可以得知橡皮筋
3、對小車做的功與小車獲得的速度的定量關系。
4.誤差分析
（1）在長木板上，小車、鐵釘、打點計時器的位置應調(diào)整適當，以保證打在紙速上的點便于處理，求出小車運動的速度；
（2）平衡摩擦力時，可使木板略微傾斜，作為補償，保證小車脫離橡皮筋后做勻速運動；
（3）小車的質(zhì)量較小，當用多條橡皮筋時，打出的點過少，應改用質(zhì)量稍大的小車（或加砝碼），以保證打出的點便于處理。
例1 “探究功與速度變化的關系”的實驗裝置如圖2所示，當小車在一條橡皮筋作用下彈出時，橡皮筋對小車做的功記為W0。當用2條、3條、4條……完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次、第4次……實驗時，橡皮筋對小車
4、做的功記為2W0、3 W0、4 W0……，每次實驗中由靜止彈出的小車獲得的最大速度可由打點計時器所打的紙帶測出。關于該實驗，下列說法正確的是 （ ）
A．某同學在一次實驗中，得到一條記錄紙帶，紙帶上打出的點，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．當小車速度達到最大時，橡皮筋處于原長
C．應選擇紙帶上第一點到最后一點的一段計算小車的最大速度
D．應選擇紙帶上點距均勻的一段計算小車的最大速度
解析 木板傾角過大時，相鄰兩點之間的間隔會越來越大，選項A錯誤；當橡皮筋處于原長時，小車達到最大速度，選項B正確；本實驗平衡阻力后，橡皮筋做功結束后，小車做勻
5、速直線運動，選項D正確、C錯誤。
點評 弄清實驗原理和過程是解決此題的關鍵。
例2 某學習小組利用自行車的運動“探究阻力做功與速度變化的關系”。人騎自行車在平直的路面上運動，當人停止蹬車后，由于受到阻力作用，自行車的速度會逐漸減小至零，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。設自行車無動力后受到的阻力恒定。
（1）在實驗中使自行車在平直的公路上獲得某一速度后停止蹬車，需要測出人停止蹬車后自行車向前滑行的距離s，為了計算自行車的初速度，還需要測量____________（填寫物理量的名稱及符號）。
6、
（2）設自行車受到的阻力恒為f，計算出阻力做的功及自行車的初速度。改變?nèi)送Ｖ沟跑嚂r自行車的速度，重復實驗，可以得到多組測量值。以阻力對自行車做功的大小為縱坐標，自行車初速度為橫坐標，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系。在實驗中作出W一V圖象如圖所示，其中符合實際情況的是
解析 設人停止蹬車后自行車做勻減速運動，設滑行的時間和位移分別為和，由，由此式可知，還應測出人停止蹬車后自行車滑行的時間t；
摩擦力做功為，動能的變化為，顯然作出W一V圖象是開口向上拋物線，所以選項C正確。
點評 此題是將教材的料驗運用到現(xiàn)實生活中，弄清教材中實驗原理和數(shù)據(jù)處理是解決此題的關鍵。
實驗： 探究功與速度變化的關系
