6．实验：探究功与速度变化的关系
[学习目标] 1.[科学探究]通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系． 2.[科学方法]学习利用图象法探究功与速度变化的关系．]
一、实验原理
让橡皮筋拉动小车做功使小车的速度增加，使拉小车的橡皮筋的条数由1条变为2条、3条…则橡皮筋对小车做的功为W、2W、3W、…通过对打点计时器所打纸带的测量计算出每次实验结束时小车的速度，最后分析每次做的功与速度的关系，总结出功与速度的关系．
二、实验器材
木板、橡皮筋(若干)、小车、打点计时器、低压交流电源、纸带、刻度尺等．
三、实验步骤
1．按如图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起，纸带穿过打点计时器并接在小车后面，不挂橡皮筋，接通电源，轻推小车，直至打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点．
3．第一次先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带记录小车的运动情况．
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，用打点计时器和纸带记录小车的运动情况．
四、数据处理
1．求小车的最终速度：如图所示，测出纸带上点迹均匀的两点如A1、A3间的距离x，则小车的速度为v＝.
2．计算小车做的功分别为W、2W、3W…时对应的v、v2、v3、…的数值，填入表格．
3．逐一与W的一组数值对照，判断W与v、v2、v3、…的可能关系或尝试着分别画出W与v、W与v2、W与v3、W与间关系的图象，找出哪一组的图象是直线，从而确定功与速度的正确关系．
五、误差分析
1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋拉力做的功与橡皮筋的条数不成正比．
2．误差的另一主要来源是摩擦力平衡得不合适．
3．利用纸带确定物体的速度时，点间距测量不准也会带来误差．
4．作图描点不准带来误差．
六、注意事项
1．平衡摩擦力的方法：将木板一端垫高，轻推小车让其拖动纸带运动，根据打点计时器打在纸带上的点迹是否均匀来判断是否平衡了摩擦力．
2．测小车速度时，纸带上的点迹应选均匀部分，也就是选小车做匀速运动时打的点迹．
3．每次释放小车时，都要确保让它从同一位置由静止开始运动．
4．所选橡皮筋的规格应一样，力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值．
【例1】 用如图所示的装置，探究功与物体速度变化的关系，实验时，先适当垫高木板，然后由静止释放小车，小车在橡皮筋弹力的作用下被弹出，沿木板滑行．小车滑行过程中带动通过打点计时器的纸带，记录其运动情况，观察发现纸带前面部分点迹疏密不均，后面部分点迹比较均匀，回答下列问题：
(1)除了图中已给出的实验器材外，还需要的器材有________(选填“秒表”“天平”或“刻度尺”)．
(2)适当垫高木板是为了_______________________________．
(3)通过纸带求小车速度时，应使用纸带的________(选填“全部”“前面部分”或“后面部分”)．
(4)若实验做了n次，所用橡皮筋分别为1根、2根…n根，通过纸带求出小车的速度分别为v1、v2…vn，用W表示橡皮筋对小车所做的功，作出的Wv2图象是一条过坐标原点的直线，这说明W与v的关系是________．
[解析] (1)实验需要测出纸带上计数点间的距离，需要用到刻度尺．
(2)将木板一端适当垫高，在没有橡皮筋的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是橡皮筋的拉力．
(3)橡皮筋拉力对小车所做的功全部完成后，打出来的点才能反映小车的速度，所以应使用纸带的后面部分．
(4)Wv2图线是一条过坐标原点的直线，根据数学知识可确定W与速度v的平方成正比，即W＝kv2.
[答案] (1)刻度尺 (2)平衡摩擦力 (3)后面部分 (4)W＝kv2
