实验5 探究功与速度变化的关系-2023-2024学年高一物理必修2实验报告册（人教版）

1. 本实验是用做功与能量的关系来探索另外一种形式的能量——动能及其表 达式。 类似的方法我们在重力势能与重力做功的关系、 弹性势能与弹力做功的关 系的研究中使用过。 请你归纳一下， 在前面问题的研究中都采用了哪些方法， 这 些方法都有哪些特点， 有哪些共同点。 2. 通过牛顿定律和功的学习， 我们知道： 力可以对物体做功， 物体受力会改 变运动状态， 物体运动速度的变化与物体受到的力有关。 通过这些， 请你猜想： 物体的速度与力对物体做功之间可能存在哪些联系。 3. 如图 5-1 ， 光滑木板上 O 处固定一根橡皮筋， 橡皮筋的一端拴在小车上， 小车在位置 B 时橡皮筋为自由长度， OA=OB 。 将小车拉至位置 C 时释放， 则小 车由 C 到 B 做什么运动？ 由 B 到 A 做什么运动？ 小车通过 A 位置后做什么运动？ 探究功与速度变化 的关系 图 5-1 实验五 探究功与速度变化的关系 实验五 实验日期 年 月 日 实验预习 31 学生实验报告册 物理 必修 第二册 （人教版） 4. 上述实验是利用橡皮筋伸长后的弹力拉小车做功， 橡皮筋的弹力是变力， 我们学过的知识中还没有求变力做功的公式可用， 并且橡皮筋的劲度系数也是未 知的。 那么， 实验中如何来确定功和速度的对应关系呢？ 5. 实验成功与否， 关键是橡皮筋的选择， 你准备通过什么方法选择和确定所 要使用的橡皮筋呢？ 6. 实验中把 1 根橡皮筋的拉力定为 F ， 2 根、 3 根……的拉力分别为 2F 、 3F ……确保这种关系成立的条件是什么？ 7. 实验中木板和小车之间的摩擦力会对实验结果的可靠性产生影响， 你用哪 些方法来消除或减小这些影响呢？ 实验目的 1. 通过实验探究力对物体做功与物体速度变化的关系。 2. 通过实验过程体会科学探究的方法。 3. 在分析 “实验数据”、 归纳功和速度关系的过程中， 学习数据处理的方法。 32 实验器材 前面带有小钩的实验小车、 为小车配重的砝码 （ 200 g 左右）、 光滑的长木板 （在两侧适当位置对称地钉两个铁钉）、 打点计时器及纸带若干条、 学生电源及导 线、 等长的同种材质和规格的橡皮筋 6 条。 实验原理 物体的动能与物体的速度是密切相关的。 根据牛顿第二定律， 物体速度的变 化与物体所受的力有关。 通过改变力对物体做功， 测出不同的做功情况下物体的 速度， 就可以得到做功与物体速度变化之间的关系。 在图 5-2 所示的装置中 ， 用 1 条、 2 条、 3 条……同样的橡皮筋对 小车做功。 在橡皮筋伸长量相等的情 况下， 弹力对小车做的功就分别是第 一次实验时的 1 倍、 2 倍、 3 倍…… 如果把第一次实验时橡皮筋对小车做 的功记为 W ， 则以后每次的功就是 2W 、 3W ……由于橡皮筋做功而使小车获得的 速度可以由打点计时器打出的纸带测出， 进行若干次测量就得到几组功和速度的 数据。 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， 以第一次实验 时做的功 W 为功的单位， 作出 W-v 和 W-v 2 曲线。 分析这些曲线， 就可以得知 橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度之间的定量关系。 实验过程 一、 橡皮筋的选择和加工 实验中使用的橡皮筋的弹力不应过大， 以免打出的纸带点数过少， 以致找不 出小车匀速运动时所打出的点。 我们在生活中常见的橡皮筋一般有两种类型： 一 种是透明的橡皮筋 （圈）， 另一种是服装中使用的松紧带。 请你通过实验来确定 使用哪一种比较好。 将确定选用的橡皮筋截成等长的几段 （长度均约为 32 cm ）， 两端用铁丝绕 紧并做成小钩备用， 如图 5-3 所示。 可同时制备出 1 根、 2 根、 3 根……的橡皮 图 5-2 探究功与速度变化的关系 实验五 33 学生实验报告册 物理 必修 第二册 （人教版） 筋备用。 二、 实验器材的组装 先固定打点计时器， 在长木板两侧的适当位置钉两个小钉， 用来挂橡皮筋。 小车放在木板上， 如图 5-4 所示。 将小车的挂钩挂在橡皮筋上， 小车在 B 位置 时， 橡皮筋应处于自由长度， 小车从 B 位置拉到 C 位置的长度为 BC ， 应在橡皮 筋的弹性范围之内， A 、 B 之间的长度应与 A 到木板右端的距离大致相等， 使小 车由 B 位置运动到木板右端这段距离内基本上是匀速运动。 将木板的一端略微抬高， 轻推一下小车， 观察小车在上面是否做匀速运动， 以达到平衡摩擦力的目的。 将长约 1 m 的纸带用小夹子固定在小车上后， 穿过打点计时器。 三、 实验过程 1. 先用 1 根橡皮筋进行实验， 把小车由位置 B 拉到位置 C ， 理顺纸带， 接通 打点计时器的电源， 放开小车。 2. 更换纸带， 改用 2 条