实验：探究功和速度变化的关系

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1、实验：探究功与速度变化的关系一、教材和学情分析本节是人教版物理必修2第七章第六节的内容，通过前面儿节内容的学习，学生已经建立了重力势能、弹性势能的概念，知道了重力做功、弹力做功与重力势能、弹性势能之间的关系。本节内容是前两节内容的基础上，用做功与能量的关系探索另一种能量及其表达式：动能。由于动能的问题比势能复杂些，所以本节暂不直接涉及动能，而是先找到一个与动能密切相关的物理量-一速度，先研究功与速度变化的关系。本节实验探究是为下节寻求动能表达式的理论探究奠定实践认识基础，起到的铺垫作用。本节内容是一节实验探究课，实验探究学生以前有所接触，如必修1屮的“探究加速度与力、质量的关系”。通过

2、该探究实验的学习，学生已经具有一定的实验动手操作能力和实验数据处理的能力，例如如何平衡摩擦力、数据处理时从关系不明显的曲线通过改变坐标量转化为关系明显的直线方法。体会到了在时间一定时，加速度与位移成正比这种“等效替代”物理学研究方法。二、实验介绍1.【实验教学目标】（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）学习利用图彖法探究功与速度变化的关系；（3）体会“等效替代”的物理学研究方法2.【实验器材】小车、长木板、光电门、小木块3.【实验方案设计】将光电门固定在轨道上（长直木板），让轨道略微倾斜，给小车（固定有挡光片）一定的初速度，让小车和木块一起沿轨道上滑。小车和木块在

3、上滑过程中，克服阻力做功，由于合力不变，通过测量小车滑行的位移S（用小木块记录小车停下的位置）就可以反映合力对小车做的功。通过光电门计时可以计算小车的初速度，进而探究功与速度变化的关系。1.【实验步骤】(1)垫高木板的一端，使轨道略微倾斜；(2)小木块紧靠小车前端放置，给小车和木块一定的初速度使之上滑，记录挡光片通过光电门的时间/和小车上滑的最大位移S(挡光片的后沿通过光电门为位移起点)；(3)重复(2)步骤，获取多组时间/和最大位移S。计算各组对应的速度p和/。(4)数据处理：用纵坐标表示小车的位移S,通过图线拟合分别做出横坐标是小车的速度卩和/的图像，猜想功与速度变化的关系。组次闸

4、时间(s)位移(m)速度(m/s)速度平方((m/s严)123456说明：闸时间是挡光片通过光电门的时间(5)附:实验数据和拟合图像组次闸时间(s)位移(m)速度(m/s)速度平方((m/s)2)10.0196110.3591.019841.0400720.02038850.3280.980950.9622530.02078850.3210.962070.9255840.01737950.4541.150781.324350.01491350.6211.341071.7984660.0156530.5841.277711.632540.9诛用(*/»)<10J1.【实验结论】外力做功W

5、与物体速度变化c（末速度为0）间的关系.Wocv2.2.【误差分析】（1）速度y和位移S测量误差（2）位移起点的确定存在误差（3）小车上滑过程中阻力不恒定。3.【实验说明】本实验中通过测量小车和滑块移动的距离s,可以得到物体克服阻力（重力和摩擦力）所做的功，如果阻力不变，克服阻力所做的功与推动滑块移动的距离成正比。这种“等效替代”的研究方法，在物理学中应用广泛，掌握这种研究方法，是对学生思维能力的一大提升。