探究做功與速度變化的關系的實驗創新案例“探究功與物體速度變化的關系”實驗是新課程標準人教版教材（必修2）第七章《機械能及其守恒定律》，第六節《探究功與物體速度變化的關系》。教材安排此節的主要意圖是，通過實驗探究：對原來靜止的物體做功，與物體獲得的速度的關系。目的是為了讓學生經歷和體驗探究的過程，提高理論聯系實際的水平；為下一節“動能和動能定理”的理論推導奠定一個認識基礎；通過本節內容的教學，也可以促使學生在學習動能定理后能比較深刻地認識到動能定理不僅在恒力做功的條件下成立，在變力做功的條件下也是成立的。教材提供的實驗方案是：通過探究女生束頭發用的橡皮筋的彈力拉動小車做功使小車獲得動能，來體驗橡皮筋做的功與小車速度變化的關系，如圖1（見普通高中課程標準實驗教科書物理必修2·第七章機械能守恒定律第六節實驗：探究功與速度變化的關系）所示。

圖1教材提供實驗實驗的設計思路：實驗中用橡皮筋的彈力拉動小車做功使小車獲得動能，探究橡皮筋做的功與小車速度變化的關系。橡皮筋的彈力是變力，屬變力做功，沒有現成的公式可以計算功的大小。但是在相同的位移情況下，用一條橡皮筋做的功為W，用兩條橡皮筋時做的功就是2W，……依此類推,可以找出功和速度變化的對應關系。實驗方法巧妙地避開了應用功的公式計算恒力功的大小，設計思路充分體現了探究的精神。這是本實驗設計思路的優點。然而，從2004年到現在，一線教師在教學實踐過程中發現，該實驗操作技巧要求很高,實驗操作難度較大,存在著多方面的問題。1、橡皮筋的問題：橡皮筋會影響小車的“勻速運動”；學生操作不是十分方便；橡皮筋勁度系數不一定相同，造成的實驗誤差更大。2、小車的問題：無法保證小車在木板上的運動軌跡是一條直線；由于小車質量太小,當加上多條橡皮筋伸長量相同時,小車初始受力較大,其在加速時間內獲得的速度也就較大,如果木板偏短,會造成紙帶上能打出的點數過少,因此在紙帶打點的過程中,就不能看出小車做勻速運動,因而也就無法測出與橡皮筋做功過程相對應的小車的末速度。3、鐵釘的問題：鐵釘固定和拔下都比較困難，且會阻擋小車的運動。4、平衡摩擦力問題：實驗中平衡摩擦力的實際操作比較困難。老師們針對以上的缺陷進行了改進。還有的應用等高斜面上滾下的物體做平拋運動進行實驗。經研究分析，這些改進，對于高中生在一節課內完成探究任務，還是比較困難，我們還認為不可取（詳見參考資料）老一輩的物理學家曾提倡用瓶瓶罐罐做物理實驗，現代的劉炳昇教授也是這種觀點。物理實驗要力求原理簡單，學生容易理解；實驗器材來源于生活，制作難度小；實驗過程要有趣，操作簡單、方便更好。用小的實驗、簡單的實驗解決大問題、復雜問題，達到四兩拔千斤的功效。這樣，我們的物理學習也就走下神秘的神壇，更加貼近生活，易于學生接受，更具親和力。底座半圓弧槽（帶刻度）扳機塑料管（內置彈簧）研究對象彈射裝置（和彈簧連接）底座半圓弧槽（帶刻度）扳機塑料管（內置彈簧）研究對象彈射裝置（和彈簧連接）圖2做功和速度變化探究儀采用約750mm×45mm×50mm的勻質松木（盡可能使動摩擦因數μ相同），上表面刨出橫截面是圓弧形的凹槽，槽的直徑約35mm。以利于被做功的物體即研究對象（廢舊1號干電池或金屬圓柱體、木質圓柱體等）在其中做直線運動。在凹槽的端點固定一透明塑料管，管內有一勁度系數約k=376.89N/m、原長度約L=127mm、匝數n=12、螺距為12mm、直徑30mm的彈簧。實驗原理：壓縮了的彈簧，能對研究對象做功，對象獲得動能（速度）。使對象緊靠彈簧的活動端，將彈簧壓縮不同的量，扣動扳機，彈簧可對對象做不同的功，對象獲得不等量速度，將在槽內做位移不等的勻減速直線運動。對勻減速直線運動的處理，學生已具備一定的知識：知道，即。通過測量對象勻減速運動的加速度為，滑動的位移s，可以知道v0的大小。而v0是壓縮后的彈簧對對象做功后使對象獲得的初速度。課本的實驗是利用打點計時器進行測量，有諸多不便。我們的設計思想是將這個速度的測量轉化為對象滑動位移s的測量。另外，壓縮彈簧對對象做功，學生可以利用進行計算，這樣對彈簧做功的測量就轉化成了對彈簧壓縮量的測量。綜上所述，我們探究做功和速度的變化關系就轉化成了和，探究x和s指間的關系。通過實驗，如果能證明，也就證明了。實驗結果：如記錄數據的表格和處理結果。位移和彈簧的壓縮量平方近似于線性關系。下面是我們用廢舊1號干電池做的實驗結果彈簧的形變量（mm）形變量的平方電池的位移（mm）14924014972452025418341168138843612962855331089245626676185722484131819361104廢舊1號干電池做的實驗數據利用excel表格處理結果我們還用木質的圓柱體做了實驗，得到的實驗數據記錄如下彈簧的形變量（mm）形變量的平方木質圓柱的位移（mm）11728972219361933204001134224841455256251746298412407319612588341156377木質圓柱體實驗數據1利用excel表格處理的結果從圖像來分析，這次的實驗結果沒有達到預期的效果。木質圓柱體離開彈簧后在圓弧槽中運動時會發生自轉，損失一部分動能；同時，對象自轉的過程中和圓弧槽的接觸部位不同，動摩擦因數不一樣，摩擦力做功差異較大，所以結果出現較大偏差。我們找到原因后，消除了木質圓柱體轉動的因素，重新實驗，數據記錄如下。彈簧的形變量(mm)形變量的平方木質圓柱的位移(mm)1214411412245761903287842454309002845341156356637136937173915214448411681480木質圓柱體實驗數據2實驗數據處理結果可以看出，利用這個儀器可以得到。誤差分析：這個儀器帶來的系統誤差一是彈射階段，因摩擦力作用，不嚴格等于。在彈射距離短，凹槽較光滑的情況下，摩擦力研究對象做功可忽略時，=，可得。二是木槽，木質圓柱體的木紋不平行，形成了類似步槍的膛線，導致木質圓柱體自轉，因自轉摩擦而損失一部分動能，導致不嚴格等于。若把木質圓柱體改成干電池，或設法消除木紋，自轉現象可減小很多。此時。從實驗結果分析，這個誤差對實驗的結果影響不是很大。這個儀器可以用來探究“做功和物體速度變化的關系”。我們也有兩個減小誤差的設想供大家參考。一是在研究對象離開彈簧前，與它接觸的塑料管改成更加光滑的薄鋼管；二是設法用氣墊將塑料管和研究對象隔開。本實驗儀器像個玩具，優點是增加了趣味性，實驗結果可通過刻度直接讀出，實驗數據處理過程簡單。這個自制實驗器材還可以測量勻質松木與研究對象之間的滑動摩擦因數。也可以用來驗證動能定理。參考資料：1、《教學儀器與實驗》2010年05期探究功與物體速度變化關系實驗的改進朱克法

廖光紅

2、《中學物理》2011年13期探究功與速度變化關系實驗的改進李全旺

3、《物理教師》2011年11期對“探究功與物體速度變化關系”實驗的改進王輝

4、《中學物理》2012年19期“探究功與物體速度變化關系”實驗的改進陳顯盈

尤愛惠

5、《中小學實驗與裝備》2007年05期“探究功與物體速度變化的關系”實驗的DIS補充吳志山

張季峰6、《湖南中學物理》2009年09期探究功與速度變化關系實驗儀器的制作馬順存7、《新高考(物理化學生物)》2009年03期實驗:探究功與速度變化的關系李憲峰

8、《物理教學探討》2008年13期“探究功與速度變化的關系”的幾種實驗方案劉霽華

9、《物理教學》2008年06期對“探究功與物體速度變化的關系”實驗改進HYPERLINK