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實驗二十 功和能
實驗目的
探究物體在恒力的作用下，所受合力所做的功與物體動能變化的關系。
實驗原理
由動能定理：合力所做的功等于物體動能變化量，即W=Ek2-Ek1。
用小鉤碼拉動小車在軌道上滑動。如果小鉤碼的質量遠小于小車的質量，可認為小車是在恒力的作用下運行。測出小車分別通過兩光電門的時間和運行距離，通過計算得出力對小車做的功和動能變化。
實驗器材
朗威DISLab、計算機、DISLab力學軌道和配套小車等附件、天平、小鉤碼、小沙桶。
實驗裝置圖
見圖20-1。
圖20-1 實驗
2、裝置圖
實驗過程與數據分析
1． 在小車上安裝“I”型擋光片（本次實驗所用擋光片的兩前沿距離為0.020m），用天平稱出小車的總質量M=0.225（kg）及小鉤碼的質量m1（kg）；
2． 將兩只光電門傳感器接入數據采集器的第一、二通道，分別用“I”型支架固定在軌道的一側；
3． 調整力學軌道水平，將小鉤碼懸掛在軌道末端下方，并通過牽引繩與小車連接，對小車施加拉力；
4． 點擊“光電門設置”，擋光片類型選擇“I型”；
5． 利用軌道上的標尺確定兩光電門之間的距離s（本次實驗為0.30m）；
6． 打開“計算表格”窗口，點擊“開始”，令小車從軌道的一端向下運動，使擋光片依次通過
3、兩光電門，則擋光片通過兩只光電門傳感器的擋光時間t1、t2會記錄在表格中；
7． 在計算表格中，增加變量“M”、“m1”、“s”，并輸入相應數值，添加公式“F”；
8． 在計算表格中分別以“自由表達式”的方法輸入計算“動能變化”、“功”的公式：E=0.225*((0.002/t2)^2-(0.002/t1)^2)/2、W=F*0.30，不改變鉤碼的質量，重復實驗，得出圖20-2所示的計算結果；
圖20-2 功和能實驗數據
9． 輸入計算“動能變化”和“功”二者的相對誤差公式：n=(W-E)/(W+E)/2 ，可見結果在誤差允許的范圍內二者相等；
10． 增加小鉤碼的質量，重復實
4、驗，得到圖20-3所示的5組數據，可見實驗結果在誤差允許的范圍仍是相等的。
圖20-3 功和能實驗數據（改變拉力）
本實驗亦可使用氣墊導軌。
實驗器材
朗威DISLab、計算機、氣墊導軌、天平、小鉤碼、配重片等。
實驗裝置圖
見圖20-4。
圖20-4 實驗裝置圖（氣軌）
實驗過程與數據分析
1． 在滑塊上安裝“U”型擋光片（本次實驗所用擋光片的兩前沿距離為0.030m），用天平稱出滑塊的總質量m（kg）及小鉤碼與配重片的總質量m1（kg）；
2． 將兩只光電門傳感器接入數據采集器的第一、二通道，將其固定在氣墊導軌或鐵架臺上；
3． 調整氣墊導軌水平，將小
5、鉤碼與配重片懸掛在導軌末端下方，并通過牽引繩與滑塊連接，對滑塊施加拉力；
4． 啟動氣墊導軌的氣源，檢測并調整光電門的高度，使擋光片順利擋光；
5． 點擊“光電門設置”，擋光片類型選擇“U型”；
6． 用氣軌上的標尺讀出兩光電門的距離s（本次實驗為0.50m）；
7． 打開“計算表格”窗口，點擊自動記錄中的“開始”，令滑塊從氣軌的一端滑動，使擋光片依次通過兩光電門，則擋光片通過兩只光電門傳感器的擋光時間t1、t2會記錄在表格中；
8． 逐次增加配重片的質量并手動記錄之，使其對滑塊施加的拉力逐次增大，采用上述實驗的步驟，測出不同拉力下的數值；
9． 在計算表格中，增加變量“m”、“m1”和“s”，并輸入相應數值；
10． 分別輸入計算“拉力”、“動能變化”、“功”的自由表達式“F=9.8*m1”、E=0.5* m ((0.03/t2)^2-(0.03/t1)^2)、W=F*s，得出計算結果（圖20-5）；
圖20-5 功和能實驗數據
11． 輸入計算“動能變化”和“功”二者的相對誤差公式：n=(W-E)/((W+E)/2) ，發(fā)現結果在0.45%~4.18%之間，說明在誤差允許的范圍內二者相等。
上海市2020高考物理一輪復習 實驗二十 功和能導學案
