探究做功与速度变化的关系的创新实验设计

冉龙兵

摘 要：在物理教学中，实验的创新可以激发学生的兴趣，提高学生的科学素养，增强学生的创新意识。

关键词：实验创新；科学探究；实验设计

在人教版高中物理必修二中，“探究做功与速度变化的关系”是非常具有代表性的探究课，其中蕴含的科学探究思想，可以加深学生对科学探究的认识和了解，提高学生的科学素养。然而，教材中给出的实验方案存在诸多不足，如果不加以改进，很难得出理想的实验数据，也就无法得出想要的实验结论，教学效果将大打折扣。此外，有的老师觉得该实验操作比较困难，就干脆用讲解来代替实验，从而使学生丧失一次宝贵的体验探究过程的机会。因此，教师可以根据教材中给出的思路和方案，结合教学实际，创造性地使用教材和实验仪器，提出切实可行的实验方案。下面通过对教材中实验方案的分析，对存在的不足进行了改进、尝试，创造性地探究了做功与速度变化的关系。

一、实验目的

1.体验物理知识的探究过程和物理规律的研究方法。

2.学会利用图像来处理功与速度变化的关系。

二、实验器材

轨道、小车、细线、打火机、数字计时器、挡光片、游标卡尺、木块、计算机（用于处理数据）。

三、实验原理

探究做功与速度变化的关系，需要测两个物理量：一个是合力做的功，小车沿斜面的合力F恒定，改变s就可以得到小车在不同位置释放时所做的功；另一个是合力做功所对应的速度，用挡光片的宽度d除以计时器所记录的时间就可以得到小车的速度，用此速度来代替小车通过光电门的瞬时速度，即v=d/t。

四、实验过程

1.用游标卡尺测量挡光片的宽度d，测3次取其平均值。

2.将光电门固定在轨道距滑轮端不远处，并与数字计时器连接好，用细线连接小车末端和轨道的另一端，保持细线与轨道面平行，用木块把这端垫高一些。

3.接通电源，让小车距离光电门s处（s=18cm，可以根据轨道的长度选择合适的长度），用打火机烧断细线以确保小车静止释放，记录挡光时间t。

4.改变s，每次使s增加18cm，重复步骤2，记录所对应的挡光时间t。

五、实验数据处理

1.将实验数据输入Excel中，并求出速度v，如下图所示：

2.、选中D、E两列，点击“插入”“图表”“xy散点图”，得到如下图所示的散点图。从图中可以看出，点的分布不成线性关系，用“趋势线（多项式）”进行拟合，如下图所示，可以看出w-v的关系图像为一条曲线。

3.在Excel中，通过计算机算出速度的平方值，如下图中的

F列。

4.选中两E、F列，点击“插入”“图表”“xy散点图”，得到如下图所示的散点图。從图中可以看出，点大致分布在过原点的一条直线上，用“趋势线（线性关系）”进行拟合，如下图所示，可以看出w-v2的关系图像为一条过原点的直线，这说明合力做功和速度的平方成正比。

六、实验结论

通过实验探究得出做功和速度的平方成正比，为动能定理提供了有力的实验依据。

七、实验误差分析

1.释放小车时，不是在s、2s、3s、4s、5s所对应的位置静止释放。

2.轨道不同，地方的动摩擦因数不同。

参考文献：

[1]臧国东.“探究做功与速度变化的关系”的创新实验设计[J].实验教学与仪器，2015（9）.

[2]杨青华，杨建会.用DISLab探究力做功与速度变化关系的创新实验[J].物理教学探讨，2016（12）.

编辑 赵飞飞