1.实验目的
(1)探究外力对物体做的功与物体动能变化的关系。
(2)通过实验数据分析,总结出外力对物体做的功与物体速度的二次方成正比关系。
2.实验原理
(1)不是直接测量橡皮筋对小车做的功,而是通过改变橡皮筋条数确定橡皮筋对小车做的功W、2W、3W…(累积法)
(2)由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出,也可以用其他方法测出。这样,进行若干次测量,就得到若干组功和速度的数据。
(3)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,作出Wv或Wv2图象。分析图象,可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系。
3.实验器材
小车(前面带小钩)、100~200 g砝码、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线(使用电火花计时器不用学生电源)、5~6条规格相同的橡皮筋、刻度尺。
4.实验步骤
(1)安装:按原理图将仪器安装好。
(2)平衡摩擦力:在长木板有打点计时器的一端下面垫一块木板,反复移动木板的位置,直至小车上不挂橡皮筋时,轻推小车,纸带打出的点间距均匀,即小车能匀速运动为止。
(3)用1条橡皮筋获取数据:先用1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,设此时橡皮筯对小车做的功为W,将这一组数据记入表格。
(4)用2条橡皮筋获取数据:用2条橡皮筋做实验,实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同,这时橡皮筋对小车做的功为2W,测出小车获得的速度v2,将数据记入表格。
(5)用多条橡皮筋获取数据:用3条、4条…橡皮筋做实验,用同样的方法测出功和速度,记入表格。
(6)处理数据,得出结论:作出Wv或Wv2图象,分析图象得出结论。
5.注意事项
(1)平衡摩擦力原理:将木板一端垫高,使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。
(2)选点测速:测小车的速度时,纸带上的点应选均匀部分的,也就是选小车做匀速运动时的部分。
(3)橡皮筋的选择:橡皮筋应选规格一样的。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。
(4)先后顺序:开始实验时,小车应靠近打点计时器,并且要先接通电源再释放小车。
(5)小车的选择:小车质量应适当大一些,使纸带上打的点多一些。
6.误差分析
(1)橡皮筋长短、粗细不一,使橡皮筋的拉力做功与橡皮筋的条数不成正比造成误差。
(2)没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。
(3)利用打点计时器打出的纸带计算小车速度时,测量不准确造成误差。