用DISlab探究“做功与速度变化的关系”

张志锋

(商南县高级中学 陕西 商洛 726300)

1 教材中两种实验方案分析

人教版高中《物理·必修2》第七章第6节是一节探究实验——探究“做功与速度变化的关系”实验.该实验目的是让学生探究力对物体做功与物体速度变化的关系，体会实验探究过程和所用的方法，同时为动能定理的学习做铺垫.

在教材中提供了两种实验参考方案如图1所示.

方案1:如图1(a)所示，由重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物大很多时，可以把重物所受重力当做小车的牵引力，小车运动的距离可由纸带测出.改变重物的质量或改变小车运动的距离，也就改变了小车做的功.

方案2:如图1(b)所示，使小车在橡皮筋的作用下弹出.

(a)

(b)

第二次、第三次……操作时分别改用2根、3根……同样的橡皮筋，并使小车从同样的位置弹出；那么橡皮筋对小车做的功一定是第一次的2倍、3倍……测出小车被弹出后的速度，能够找到牵引力对小车做的功与速度的关系.

用这两个方案进行实验时，有以下几个方面的不足：

(1)无论是方案1还是方案2，确定合外力做功时，均需平衡摩擦力，在实际实验时难以做到，致使误差较大.

(2)小车在重物或橡皮筋作用力牵引下，容易改变运动方向，致使打出的纸带不理想.

(3)实验打下的纸带条数较多，连接和取下小车后面的纸带不方便.

个别计价法计算的销售成本，能以实际采购成本为基础，期末资产价值具有真实性。这种方法适用于一般不能替代使用的存货、为特定项目专门购入或制造的存货等，如珠宝、名画等价值高，数量少的贵重物品。但是，个别计价法在实际操作中，手续繁琐，一个一个地单独计价，耗费的时间成本及人力成本均较高，对存货品种多，数量多的企业来说不太实用，同时就业务本身来说，毕竟像珠宝等贵重物品存货的企业不多，因而不具有普遍性。

为此，笔者通过DISlab系统，结合WPS工作表来处理实验数据并描绘相关图像，得出较为准确的数据和理想的W-v2线性图像，具有较高的可信度和一定的实验价值.

2 DISlab“探究做功与速度变化的关系”实验

2.1 实验器材

DISlab实验力学轨道、小车，2个L型支架，一个I型支架，光电门1个，2 cm遮光片1个，数据采集器、数据线、计算机，DISlab实验软件和WPS工作表软件，橡皮筋.

实验中DISlab实验用小车与力学轨道间摩擦很小，实验中轨道水平即可，小车4轮恰好控制在轨道上两道凹槽中，不易滑离轨道；实验前把5个橡皮筋套成一根，共8根；把其中一个L型支架用螺丝固定在轨道的一端，用作橡皮筋作用端；在小车前端自制一挂钩，用螺丝固定在小车上；遮光片固定在小车上.

2.2 实验装置图

实验装置结构图与实验装置实拍图如图2、图3所示.

①DISlab力学轨道;②小车;③挂钩;④遮光片;⑤橡皮筋;⑥支架(固定于轨道前端);⑦光电门;⑧传输线;⑨数据采集器;⑩数据线

图2 装置结构图

图3 装置实拍图

2.3 实验原理

倍增法探求功，使用1根、2根、3根……橡皮筋，使弹力对小车做功成倍增加；用光电门测出小车对应的最大速度v1,v2,v3，……，分析功W与v的关系.

2.4 实验操作步骤

(1)按图2所示安装实验器材，将实验用力学轨道平放在水平桌面上.光电门用传输线连接至数据采集器，数据采集器用数据线连接至计算机，计算机打开DISlab实验“专用软件”中“测瞬时速度”界面，软件系统自动检测到光电门传感器.

(2)将2 cm宽的遮光片固定在小车上，将一条橡皮筋一端套在轨道前端的支架上，另一端挂在小车前端的挂钩上，橡皮筋与轨道平行，然后将小车拉到适当位置，点击计算机界面上“开始”按钮(将界面上遮光片宽度统一输入为0.020)，然后由静止释放小车，使小车在橡皮筋的弹力下被弹出，这样测出了小车的速度.

(3)第二次、第三次……操作时分别改用2根、3根……同样的橡皮筋，并使小车从同样的位置弹出；那么橡皮筋对小车做的功即为第一次的2倍、3倍……测出小车被弹出后的速度v1,v2,v3，……

(4)将记录的瞬时速度分别输入WPS工作表第一列，进行数据处理.

2.5 实验数据处理

图4 某次8组实验数据

图5 实验数据处理表格截图

图6 做功与速度改变关系图像

2.6 实验结论

3 实验优点

(1)实验设计科学合理，实验原理简单，操作便捷，直观明确.

(2)实验数据采集迅速简单，采集数据点多，直接通过计算机处理，呈现速度大小，数据较为准确，避免了复杂的数据运算.

(3)利用WPS工作表进行数据处理、描绘系列图像，提高了效率和准确度，还体现了现代信息技术带来的便捷性.

(4)通过描绘“做功与速度改变”的多种图像，最终得出结论，体现了科学探究的学科素养和科学态度.

该实验是数字化实验与传统实验整合的一个案例，利用DISlab系统和光电门来测速度，直观性强，趣味性浓，体现了现代信息化技术给物理实验教学带来的便捷和高效.