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第6节实验：探究功与速度变化的关系,学考报告,基 础 梳 理,重力,方案一、借助恒力做功探究功与速度变化的关系 1.原理,重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物大得多时，可以把重物所受的_当做小车受到的牵引力。如图1所示。,图1,改变重物的质量或者改变小车运动的_，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，不挂重物，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，当小车运动至定滑轮附近及时控制住小车，关闭电源，取下纸带。 (5)改变钩码的数量，更换纸带重复4的操作。,距离,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，,(3)确定此纸带所挂的钩码的重力G，利用WnGxn，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Wv草图，大致判断两个量可能的关系，如果认为是Wv2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，不挂重物，轻推小车后，小车能做匀速直线运动。 (2)必须保证所悬挂重物的质量远小于小车的质量。,方案二、借助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，由橡皮筋提供牵引力，如图2所示。,图2,改变橡皮筋的条数，橡皮筋对小车做的功分别是一条橡皮筋做功时的相应_，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。,倍数,2.实验步骤,(1)按如图2所示安装仪器。 (2)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功为W，并将测得的数据记入表格。 (3)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。 (4)小车运动中会受到阻力，可以使木板略微倾斜，作为补偿(需首先平衡摩擦力，然后再进行实验)。,3.数据处理,图3,4.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)实验中不必测出功和速度的具体数值，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。,5.实验结论,无论是通过计算法还是作图法都可以得出力对物体做的功与物体速度的平方成正比的结论，即Wv2。,6.误差分析,(1)误差来源 忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力对实验有影响。 橡皮筋长度、粗细不一，使得拉力及拉力做的功与橡皮筋条数不成正比带来误差。 纸带上所打点的间距测量也会带来误差。 描点不准确带来误差。,(2)减小误差的办法 实验前要先平衡掉摩擦力。 尽量选用同一规格的橡皮筋。 选用间距均匀的几个间隔，测量其总长度，求得平均速度。 描点时既要观察各点的位置关系，又要考虑应有的函数关系。若拉力大，小车速度大，点数少，可能会使W与v成线性关系，控制小车速度，增大纵坐标单位长度，可减小误差。,典 例 精 析,【例1】 (1)用如图4(a)所示的仪器探究做功与速度变化的关系。实验步骤如下： 将木板固定有打点计时器的一端垫起适当高度，消除摩擦力的影响；,小车钩住一条橡皮筋，往后拉至某个位置，记录小车的位置； 先_，后_，小车拖动纸带，打点计时器打下一系列点，断开电源； 改用同样的橡皮筋2 条、3条重复、的实验操作，每次操作一定要将小车_。,(2)打点计时器所接交流电的频率为50 Hz，图(b)所示是四次实验打出的纸带。,(a),(b) 图4,(3)根据纸带，完成下表尚未填入的数据。,从表中数据可得出什么样的结论？,答案(1)接通电源释放小车从相同位置由静止释放(3)1.732.99橡皮筋做的功与速度的平方成正比,【例2】 在探究“功和速度变化关系”的实验中，小张同学用如图5所示装置，尝试通过测得细绳拉力(近似等于悬挂重物重力)做的功和小车获得的速度的值进行探究，则,图5,(1)(多选)下列说法正确的是() A.该方案需要平衡摩擦力 B.该方案需要重物的质量远小于小车的质量 C.该方案操作时细线应该与木板平行 D.该方案处理数据时应选择匀速时的速度 (2)某次获得的纸带如图6所示，小张根据点迹标上了计数点，相邻两计数点间的时间间隔为0.1 s，请读出C计数点在刻度尺上的读数_ cm，并求出C点的速度为_m/s(计算结果保留3位有效数字)。,图6,答案(1)ABC(2)9.80(9.789.82范围内都可) 0.178(0.1750.180范围内都可),
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