§7.6 实验：探究功与速度变化的关系教案
7.6《实验：探究功与速度变化的关系》教案
7.6 探究功与物体速度变化的关系一、教学目标1、知识与技能1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。
2．学习利用物体图像探究功与物体速度变化的关系。
2、过程与方法1．通过用纸带与打点计时器来探究功与速度的关系，体验探究过程和物理学的研究方法。
2．实际探究过程中如何把变力做功这个问题解决。
3、情感、态度与价值观1．体验探究的困难，享受成功的乐趣。
2．通过试验探究，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。
二、教学重点学习探究功与速度变化关系的物理方法，并会利用图像法处理数据。
三、教学难点1．试验数据的处理方法——图像法。
2．复杂问题的转化方法。
四、教学过程新课导入：通过前面的学习，我们知道，功是能量变化的量度，一个力做功对应着某种能量形式的变化，这个力做了多少功就对应着有多少相应能量的变化；重力做功对应着重力势能的改变、弹力做功对应着弹性势能的改变。
并且由此我们也能够确立重力势能与弹性势能的表达式。
大家都知道，物体的动能与它的速度是密切相关的，而物体速度的变化又与它受的力有关，那么，为了探究物体做的功与动能的关系，我们这节课首先通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系。
一．探究思路看课桌上的实验器材，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿长木板运动。
橡皮筋提供做功的力，实验中橡皮筋拉力做功，改变橡皮筋的条数就可以改变力做的功。
打点计时器的作用是记录小车运动的速度的变化情况，小车的运动信息可以用刻度尺测量后分析得出。
这个实验就是要探究橡皮筋做功与小车运动速度变化之间的关系。
问题1：实验中需要用到什么仪器？（长木板、橡皮筋、小车、打点计时器、纸带、复写纸、电源、导线、刻度尺、木板、钉子）问题2：有哪些立在对小车做功？结合牛顿第二定律的实验分析什么情况下可以不用考虑摩擦力？弹力和摩擦力，用重力的分力平衡摩擦力。
问题3：这个实验要得到的数据有哪些？（橡皮筋做的功和小车的速度）问题4：橡皮筋对物体的作用力是变力，并且它的变化情况和弹簧不一定一样，怎样测量橡皮筋对物体做功的功呢？（橡皮筋做的功很难测量）猜想：能不能不测量这个物理量呢？复杂问题的转化这里，我们并不需要测出橡皮筋做功的具体数值，只要测出以后各次实验时橡皮筋做功是第一次实验时的多少倍。
7.6实验：探究功与速度变化的关系
四、数据处理，寻找W与v的关系 问题：如何找到功与速度的关系？ 方法一：计算法 比较麻烦 方法二：图像法
简便直观，可以减少偶然 误差
五、结 论
弹簧弹力对小车做的功与速度的平方成正比 注：这里的弹力就是物体受到的合外力 因为小车从静止开始运动，初速度为零， 末速度就是小车速度的变化。 拓展：如果小车的初速度不为零，功与速度之 间应该有什么样的关系？
再 见
7.6、实验：探究功与 速度变化的关系
冠县一中
刘冠坡
一、实验方案的设计步骤
（1）明确实验目的。 （2）设置适当的物理情景。
（3）选择实验器材。 （4）拟定试验方法
二、请你思考
• （1）实验需要测量那些物理量？ （2）可以用什么方法测量物体的速度? （3）如何对物体作功？怎样表示每次 做的功？ (4) 探究过程中，我们是否需要测出橡皮 筋做功的具体数值？
(5) 每次实验中橡皮筋拉伸的长度有什 么要求？
三 实 验 过 程
1、 调导轨水平，滑块在导轨任意位置上基本不动，
或稍微滑动但不总向一个方向滑动即可。测出挡光 片的宽度。 2、先将一根橡皮筋一端挂在在滑块上端的螺丝上， 另一端挂在气垫导轨一端的螺丝上。拉长橡皮筋记 下滑块位置。接通数字计时器电源，按下选择 显示1， 释放小车。记录挡光时间。
高中物理必修二7 6 实验探究功与速度变化的关系 教案
第七章机械能守恒定律6实验:探究功与速度变化的关系学习目标1.明确实验原理,通过实验探究W与v的关系;2.通过实验掌握平衡摩擦力的方法;3.学习利用物理图象探究功与物体速度变化的关系.自主探究1.对物体做功需要具备什么条件?2.根据初中所学请回忆,物体由于运动而具有的能叫什么能?它与哪些因素有关?3.在前几节通过对做功的探究,得到了重力势能和弹性势能的表达式,能否利用同样的思路和方法得到动能的表达式?合作探究一、研究分析,提出预案要通过实验探究“外力做功和速度变化的关系”,你能提出什么预案?(可参考实验“用打点计时器测速度”、“用打点计时器研究自由落体运动”等实验方案)二、合作探究,分组实验(本课实验借鉴教材第70页参考案例二)1.实验仪器:2.思考与讨论:(1)探究中,我们能否测出橡皮筋做功的具体数值?若不能,可采取什么措施?(2)为了达到各次实验中橡皮筋做的功成倍增加,即实现倍增,对每次实验中橡皮筋的伸长量有什么要求?你想出了什么办法?(3)小车在木板上运动时会受到阻力,可以采用什么方法进行补偿?(4)纸带上的点距并不都是均匀的,应该采用哪些点距来计算小车的速度?为什么?(5)小车获得的速度怎样计算?(6)实验完毕后,用什么方法分析橡皮筋对小车做的功与小车速度的关系?3.拟定步骤,进行实验A.先将轨道置于水平桌面上,将打点计时器固定在轨道上,让纸带的一端夹在小车后端,另一端穿过打点计时器.将轨道安装有打点计时器的一端适当调高,直至轻推小车后使小车恰能在板上做匀速直线运动为止.B.将橡皮筋固定在小车前端.拉长橡皮筋使小车位于靠近打点计时器处,接通计时器电源,释放小车.C.用2条、3条、4条、5条橡皮筋分别代替1条橡皮筋重做实验,保证每次释放小车的位置相同,即橡皮筋被拉长的长度相同.D.在上述实验中打出的5条纸带中,分别找出小车开始近似做匀速运动的点,并分别测出匀速运动时的速度v1、v2、v3、v4、v5.E.以功为纵轴(第一次橡皮筋做的功为纵轴的单位长度),以速度为横轴,建立坐标系,用描点法作出W v图象,看是否是直线.若不是,再作W v2、W v3……图象,最终确定功与速度的函数关系.三、处理数据,得出规律1.W/J x/m v/(m·s-1)v2/(m2·s-2)123456探究实验的数据分析:为了清晰地显示出功与速度变化的关系,数据分析时可以采用图象分析法.如果作出是一条直线,表明橡皮筋做的功与小车获得的速度的关系是正比例关系,即W∝v如果不是直线,就可能是W∝v2、W∝v3,甚至W∝.因此记录实验数据时可以设计一个如(1)中的表格.2.根据数据描点画图,找出功与速度关系3.结论:课堂检测1.关于探究功与速度变化的关系实验中,下列叙述正确的是()A.每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B.每次实验中,橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C.放小车的长木板应该尽量使其水平D.先接通电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出2.在做“探究功与速度变化关系”的实验时,下列说法正确的是()A.通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值B.通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值C.通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度D.通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度3.在本节实验中,小车会受到阻力,但可使木板倾斜作为补偿.则下列操作正确的是()A.放开小车,能够自由下滑即可B.放开小车,能够匀速下滑即可C.放开拖着纸带的小车,能够自由下滑即可D.放开拖着纸带的小车,能够匀速下滑即可4.在“探究力对物体做功与速度变化的关系”的实验中每次橡皮筋的拉伸长度都保持不变,这样每次()A.做的功一样B.每条橡皮筋产生的弹性势能相同C.产生的动能相同D.产生的重力势能相同5.对于橡皮筋做的功来说,直接测量是有困难的.我们可以巧妙地避开这个难题而不影响问题的解决,只需要测出每次实验时橡皮筋对小车做的功是第一次实验的多少倍,具体做法是()A.用同样的力对小车做功,让小车通过的距离依次为x、2x、3x……,力对小车做的功就是W、2W、3W……B.让小车通过相同的距离,第1次力为F、第2次力为2F、第3次力为3F……,力对小车做的功就是W、2W、3W……C.选用同样的橡皮筋,在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致,当用1条、2条、3条……同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第3次……实验时,橡皮筋对小车做的功就是W、2W、3W……D.利用弹簧测力计测量对小车的拉力F,利用刻度尺测量小车在力F作用下移动的距离x,便可以求出每次实验中力对小车做的功,可控制为W、2W、3W……6.在“探究功与速度变化的关系”的实验中,得到的纸带如图所示,小车的运动情况可描述为A、B之间为运动,C、D之间为运动,应选来计算小车的速度v.7.在做“探究功与速度变化的关系”的实验时,小车的质量为m,使用橡皮筋6根,每次增加1根,实验中W、v、v2的数据已填在表格中.W/条v/(m·)v2/(m2·)0 0 01 0.80 0.642 1.10 1.213 1.28 1.644 1.53 2.345 1.76 3.106 1.89 3.57(1)试在图甲、乙中作出图象.(2)从图象可以得出的实验结论是.参考答案自主探究1.有力并且在力的方向上有位移2.动能物体的质量和速度3.略合作探究一、研究分析,提出预案预案:用铁架台和打点计时器研究自由落体运动来探究恒力做的功和速度变化的关系;利用橡皮筋弹射法研究变力做的功与速度变化的关系.二、合作探究,分组实验1.橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等.2.(1)不能,采用倍增法来研究.(2)用相同的2条、3条、4条、5条橡皮筋分别代替1条橡皮筋重做实验,保证每次释放小车的位置相同,即橡皮筋被拉长的长度相同.(3)可以将轨道安装有打点计时器的一端适当调高,直至轻推小车后使小车恰能在板上做匀速直线运动为止.(4)纸带上的点应选点距均匀部分来研究,此时小车匀速运动,橡皮筋已经不再做功.(5)利用纸带中分布均匀的点来求速度.(6)用描点法作出W v图象,看是否是直线.若不是,再作W v2、W v3……图象,最终确定功与速度的函数关系.三、处理数据,得出规律1.功与小车获得的速度2.略3.功和物体的速度的二次方成正比课堂检测1.D2.AC3.D4.B5.C6.加速匀速直线CD段7.解析:(1)将表中的数据分别描在题图甲、乙所示的两个坐标系中,然后在题图甲中用平滑曲线连接;在题图乙中用斜直线连接,并且使尽可能多的点分布在曲线上或对称分布在直线两侧,如图甲和乙所示.(2)从(1)中乙图看出W∝v2答案:(1)见解析图(2)W∝v2。
2018年高中物理必修二《7.6 实验：探究功与速度变化的关系》教案
7.6 实验：探究功与速度变化的关系教学目标一、知识与技能1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。
2．学习利用物理图像探究功与物体速度变化的关系。
二、过程与方法通过用纸带与打点计时器来探究功与速度变化的关系，体验知识的探究过程和物理学的研究方法。
三、情感、态度与价值观通过实验探究，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。
教学重点学习探究功与速度变化关系的物理方法，并会利用图像法处理数据。
教学难点实验数据的处理方法――图像法。
教学方法实验观察法、图像法、迁移法。
教具准备长木板，橡皮筋（若干），小车，打点计时器（带纸带、复写纸等），计算机等。
教学过程一、导入新课前面几节课研究了重力做功与重力势能变化之间的关系，从而确立了重力势能的表达式。
探究了弹力做功与弹性势能的关系，从而确立了弹性势能的表达式。
这一节和下一节我们来探究功与物体动能的关系。
我们知道物体的动能和速度有关，我们还不能马上研究力对物体做的功和动能的关系，我们先来研究力对物体做的功和速度变化的关系。
二、新课教学（一）探究的思路如图所示：1.设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W……2.由纸带和打点计时器分别测出小车获得的速度v1、v2、v3……3.以橡皮筋对小车做的功为纵坐标（以第一次实验时的功W为单位），小车获得的速度为横坐标，作出W-v曲线。
4.如果W-v曲线是一条直线，表明W∝v；如果不是直线，可着手考虑是否存在下列关系：W∝v2、W∝v3、W∝v……5.根据W-v草图，大致判断两个量可能是什么关系。
如果认为很可能是W∝v2，就做出W-v2曲线，如果这条曲线是一条直线，就可以证明你的判断是正确的。
（二）操作与作图技巧1. 小车运动中会受到阻力，可以采用什么方法进行补偿？可以采用平衡摩擦力的方法。
具体操作是：使木板略微倾斜，将小车（车后拴纸带）放到木板上，轻推小车，小车运动，观察纸带的点距。
高中物理 7_6 实验：探究功与速度变化的关系教案2 新人教版必修2
7.6实验：探究功与速度变化的关系（2）
实验：探究功与速度变化的关系
车的速度？为什
．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值
所示的纸带，这条纸带上
图7－6－4
．电源的频率不稳定 B．木板倾斜程度太大
．对于橡皮筋做的功来说，直接测量是有困难
验时橡皮筋对小车做的功是第一次实验的多少倍，具体做法
3x……进行第
B
．选用同样的橡皮筋，在实验中每次
条……同样的橡皮筋进行第1
，便可以求出每次实验中力对小
)
通过打点计时器打下的纸带来测定小车加
最大速度
，能够匀速下滑即可
．放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可
板书设计。
实验探究功与速度变化的关系
旳力与摩
F2 G
擦力平衡
2、测量因为橡皮筋做功而使小车 取得旳速度v 问题：怎样测量小车旳速度？
利用打点计时器打出旳纸带
问题：纸带上打出旳点并不都是 均匀旳，应该采用那些点来计算 小车旳速度？为何？
取点迹清楚且间距均匀旳部分
试 1、将打点计时器固定在一块平板上，让纸带旳一端
验 夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。将平板安
4、试验装置旳选用
误差分析
1、为了降低误差，应使小车总质量在300g左右。
2、测小车旳速度就在纸带上匀速运动旳阶段为测 量比很好。
3、作W-V或W-V2图象时，纵坐标旳单位长度 可拉得开些。
弹力做功刚完毕 时小车旳速度
用什么措 施处理数 据比较直
图
象 做W-v图
法
处
理 数
做W-v2图
据
做W-v3图
……
若为直线，则W与v成正比 若为曲线
若为直线，则W与v2成正比 若为曲线为何不做
W- v1图?
…… ……
数 据 处W 理1
2 3 4 5 6
0
v /(m/s)
0.80 1.10 1.28 1.53 1.76 1.89
试
验板、打
功
点计时器、铁钉等
与
小 打点计时器
车
小车
速
铁钉
度
变
化
纸带
旳
关
橡皮筋
木板
系
探 究旳 思 路
1、测量橡皮筋对小车做旳功W
2、测量因为橡皮筋做功而使小车 取得旳速度v
3、数据处理，寻找W与v旳关系
探究旳技巧
1、测量橡皮筋对小车做旳功W 问题：探究过程中，我们是否需要
实验：探究功与速度变化的关系教案
教案：实验：探究功与速度变化的关系一、教学目标1. 让学生通过实验探究功与速度变化的关系，理解动能定理。
2. 培养学生的实验操作能力、数据处理能力和问题解决能力。
3. 激发学生对物理实验的兴趣，培养学生的团队合作意识。
二、教学内容1. 动能定理的介绍2. 实验原理与方法3. 数据处理与分析三、教学重点与难点1. 教学重点：动能定理的应用，实验数据的处理与分析。
四、教学方法与手段1. 教学方法：讲解、实验、讨论、写作。
2. 教学手段：多媒体课件、实验器材、数据处理软件。
五、教学过程1. 导入：通过一个简单的例子引入功与速度变化的关系，激发学生的兴趣。
2. 讲解：介绍动能定理的基本原理，解释功与速度变化的关系。
3. 实验：学生分组进行实验，测量不同功作用下物体的速度变化。
4. 数据处理：学生使用数据处理软件对实验数据进行分析，得出功与速度变化的关系。
5. 讨论：学生分组讨论实验结果，解释功与速度变化的关系。
六、教学评价1. 通过实验操作、数据处理和讨论，评价学生对动能定理的理解程度。
2. 评估学生在实验报告中的写作能力，以及对实验结果的分析和解释能力。
3. 观察学生在团队合作中的表现，评价其沟通协作能力。
七、教学资源1. 实验器材：小车、滑轮、测力计、计时器等。
2. 数据处理软件：如Excel、Python等。
3. 参考资料：相关物理书籍、学术论文、网络资源等。
八、教学进度安排1. 导入与讲解：2课时2. 实验操作：3课时3. 数据处理与讨论：2课时九、教学反思在教学过程中，教师应时刻关注学生的学习情况，及时解答学生的疑问，指导学生正确进行实验操作和数据处理。
在实验报告中，教师应注重培养学生对实验结果的分析和解释能力，以及对物理概念的深入理解。
十、课后作业1. 复习动能定理的基本原理，加深对功与速度变化关系理解。
3. 拓展阅读相关物理书籍或学术论文，了解功与速度变化关系在实际应用中的例子。
重点和难点解析一、教学内容重点和难点解析：动能定理是物理学中的重要概念，理解功与速度变化的关系对于学生来说具有一定的难度。
7.6实验：探究功与速度变化的关系 优秀教案优秀教学设计 高中物理必修2新课 第七章： (2)
《探究功与速度变化的关系》教学设计三维目标知识与技能1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度．2．学习利用物理图象研究功与物体速度变化的关系．过程与方法1．通过纸带与打点计时器来探究功与速度的关系，体验探究过程和物理学的研究方法．2．在实际探究过程中如何解决变力做功问题，如何将复杂的问题简单化．情感、态度与价值观通过实验探究，体验探究的困难，享受成功的乐趣，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观．教学重点学习探究功与物体速度变化关系的物理方法，并会利用图象法处理数据．教学难点设计正确的探究方案；实验数据的处理方法；复杂问题的转化方法．教具准备长木板、橡皮筋(每组5根)、小车、电火花式打点计时器(带纸带、复写纸等)、电源插座、刻度尺、钉子(已安装)、坐标纸、多媒体辅助课件等．教学过程知识准备1．前面我们学过哪几种势能？(物体的重力势能和弹簧的弹性势能)2．它们的变化与什么有关？重力势能是由于物体被举高而具有的能量，它的变化与重力做功有关．弹性势能是存在于发生弹性形变的物体各部分之间，由于有弹力的相互作用而具有的能量，它的变化与弹力做功有关．3．本章的第二节学习了功的基本知识，知道功有两个要素：力和在力的方向上的位移．功的定义式：W＝F·l.引入新课下面请大家看一个关于射箭的视频，并研究一下力对物体做功与物体速度变化之间的关系．用同一张弓射箭，不同的人拉的幅度不同，产生的效果也不同，拉的幅度越大，弓对箭做功越多，射出的速度越大，射击的距离越远．显然力对物体做功越大，物体获得的速度越大．下面我们来看一个演示实验：介绍器材：橡皮筋、滑动小车、一块木板①橡皮筋一端固定在木板上，一端拉在小车上，把小车拉开一段距离释放，小车要前进一段距离．②如果把橡皮筋拉开较小距离，再释放小车，明显地可以看到：小车获得的速度比较小；如果用较大的力作用于车，前进较大的距离，获得较大的速度．从本实验可以看到：对小车做的功越多，车速度的变化就越大．这就是功与速度变化的定性关系．『师』刚才我们根据简单的实验现象，只能得到它们之间的最简单的定性关系．根据刚才的演示实验，猜想一下功和速度变化之间会不会就是这样一个最简单关系：是不是速度的变化与力对物体做的功成正比呢？『生』那不一定，有很多情形．例如：可能做功和速度的平方成正比，也有可能是与速度的三次方成正比，还有可能与速度的平方根成正比等等．『师』不错！理论和实践告诉我们仅仅知道定性关系是不够的．靠猜测两者的定量关系也是非常不严谨的．我们要选择出适当的实验器材，运用恰当的实验方法，通过更为精确的实验操作探究出功与速度变化的定量关系．进行新课今天我们的课题就是《探究功与速度变化的关系》．『师』要完成今天探究的目标，我们需要通过实验测量得到哪些物理量？『生』力对物体做的功和力对物体做功后物体对应的速度变化．『师』很好！一个个的来，第一步我们如何去测量力对物体做的功呢？『师提示』我们根据功的定义式不难想到：施加给物体一个恒定的并可以测量的力，使物体在这个力的作用下发生一段位移．这样就可以分别通过数据计算得出力对物体做的功和物体速度的变化．『生』我们在探究加速度与力、质量之间的关系那节课时，曾用过一套实验装置(课件展示)，可不可以用来完成今天的探究任务呢？『师』很不错！下面简单引导学生说明用此装置完成本实验的步骤和注意事项．『师』书上给我们提供的一套探究方法，其设计更为精妙，所涉及的探究内容更为丰富，更能激发我们探究的灵感，培养我们的探究能力大家看一下书上的实验所提供的实验器材．介绍实验中所用到的实验器材的作用．该实验研究对象是小车，探究的是橡皮筋对小车做功与小车速度变化的关系．用发生形变的橡皮筋拉着小车由一点释放．请看投影．『师』小车在木板上运动的过程中，哪一阶段橡皮筋对它做功呢？『生』橡皮筋对小车做功，在有力的作用时对小车做功，这一阶段橡皮筋从有形变到恢复原长．『师』我们看到橡皮筋恢复原长以后，就不再对小车施加拉力了．橡皮筋只有对小车有拉力作用时，它才能对小车做功，这个功能不能测量呢？『生』这个功不能直接测量，因为做功与力和位移有关系．位移可以通过刻度尺，从小车的起点到获得最大速度的位置能测量出来，但是橡皮筋的力跟它的伸长是有关系的，是个变力，其做功的数值不能直接测量或计算．『师』橡皮筋做的功是很难测量和计算．1．现在能否想到什么办法，避开功的计算，也不直接测量，而来探究功与速度变化之间的关系呢？2．假如我们有几根完全相同的橡皮筋，你有没有什么新的想法？(这里要注意学生可能的一个错误答案：拉开两倍的距离，认为做的功就是前者的两倍．简单说明中点拉开两倍距离，其他的点并不是两倍距离的关系．)『生』可以把两根橡皮筋并联起来拴到小车上，把小车拉到跟第一次一根橡皮筋同样的距离，还是由静止释放，那两根橡皮筋对小车做的功应该是一根橡皮筋对小车做的功的两倍．因为这两根橡皮筋完全相同，这样利用倍数关系，就避开功具体数值的计算，从而减少了麻烦．『师』很好！其实我们探究的也就是功与速度变化之间的比例关系，虽然这里变力的功无法计算，但是我们可以运用这种比例关系巧妙地避开功的计算和测量．这种探究思路在科学史上是有先例的．例如库仑在探究静电力的规律时，还没有电量的单位，无法表示出电量的大小．库仑就巧妙地利用平分电量法，列出比例关系，解决了这个问题，从而发现了库仑定律．橡皮筋做的功不便于测量计算，然而通过改变橡皮筋的条数，保持小车运动距离相同，则橡皮筋弹力做的功与橡皮筋的条数成正比．我们看投影上，l0是橡皮筋的自由长度，l1是橡皮筋的伸长量，A是起点，B是自由长度处．第一次把小车从A点释放运动到B点橡皮筋做的功记为W的话，第二次把两根橡皮筋并联拴到小车上，拉到A点释放，从A到B的过程中，对小车做的功是前一次的两倍．这个关系的前提条件是：两根橡皮筋是完全一样的．并且运动的起点是同一个起点．那我们如果并联3、4、5根拉到同一点释放，那么橡皮筋对小车做的功之比就是1∶2∶3∶4∶5.『师』我们解决了橡皮筋做功如何测量的问题，请思考下一个问题：小车在木板上的运动是什么性质的运动？同时展示自摄录像．『答』先加速再减速，先加速是因为橡皮筋伸长对小车有一拉力作用，迫使小车向前加速运动，等到橡皮筋恢复到原长以后，因为摩擦力的作用，小车开始减速．『师』我们要探究的是橡皮筋做的功与速度变化的关系，因为橡皮筋是从释放点到自由长度之间做功，思考一个问题：在这一过程中，引起小车速度发生变化的是否就仅有橡皮筋对小车做功？『生』不是，因为小车在木板上运动不可避免地受到摩擦力的作用，摩擦力要对小车做功，这样影响了我们探究橡皮筋做的功跟小车速度变化的关系了．课件显示小车所受力情况以及平衡摩擦力的原理『师』因为木板是水平的，拉力做了功，同时摩擦力也做功了，显然影响小车速度的是橡皮筋的弹力和摩擦力的合力．那我们应该思考怎么样消除摩擦力做功的影响．『生』可以把木板的一端垫高，形成一斜面，可以让小车重力沿斜面向下的分力和小车所受的摩擦力平衡．『师』我们把木板的一端垫起来，形成一个斜面，垫起的高度可以通过改变小木板与长木板的相对位置来增加或减少．如何检验摩擦力是否被平衡？轻推小车，观察是否在斜面上做匀速下滑，这样就可以检验摩擦力是否被平衡了．在重力沿斜面向下的分力和摩擦力平衡的情况下，小车就只受橡皮筋的弹力作用了．『师』刚才我们一起分析了橡皮筋所做功和小车的运动情况．下面来探究速度的变化．实验中保证每次小车都是从静止开始加速，小车经橡皮筋做功后的速度大小v就等于小车在这一过程中的速度变化Δv.『师』橡皮筋到自由长度B处的瞬时速度，如何测量呢？『生』因为小车在橡皮筋恢复原长以后做匀速直线运动，它到达B点恢复原长时的速度就是以后做匀速直线运动时的速度．我们可以用打点计时器打出纸带来测定小车在匀速直线运动阶段几个计时点之间的平均速度．我们把前面同学们的想法小结一下：首先我们平衡摩擦力，让一根橡皮筋拉动小车从某一点运动，测出小车经过自由长度处的速度，第二次用两根同样的橡皮筋，拉动小车从同一点处释放，再一次测出小车经过自由长度处的速度，依次用3根、4根、5根来重复上述步骤做这个实验，这样我们就可以通过实验探究得出功与速度变化的定量关系了．课件展示实验流程『师』测数据之前我们还应先做什么前期准备工作呢？『生』我们应该设计一些实验表格以便在实验中记录最初的实验数据．『师』很好！实验数据表格的设计可以不拘形式，只要能记录相关的实验数据即可．下面的表格中第一、第二列记录实验中的数据，正如前面的探究所预测，功并不一定和速度成简单的正比，所以为了探究功与速度变化的关系，请在实验完毕后计算出第三、第四列的数值．并在学案上的三幅坐标纸上作出你的探究图象，并初步作出定量判断.也可以和老师进行交流．学生分组实验，老师巡视、指导、解答学生提出的问题，处理偶发事件，尽可能保证每个组都能顺利完成实验，以便进行后面的数据处理．『实验完毕』请一组学生把他的数据填入实验过程中在黑板上画出来的表格中．『师』通过W-v实验数据我们大致可以发现，的确W增大，v也增大，好像是正比关系，这样的猜测自然不行，为了获知做功和速度之间的定量关系，我们该怎样进行数据处理呢？『师』把橡皮筋拉力的功作为纵坐标，小车的速度作为横坐标，拟合出功随速度变化的图象．图W-v的关系像是一条曲线，对于曲线所表示的关系，我们比较陌生，也就不容易判断．用速度的平方代替速度作为横坐标，或者用速度的三次方代替速度作为横坐标．发现功与速度的平方曲线近似是一条直线．这个图象说明了功与速度的平方成正比(W∝v2)．『师』同学们对得出这样的实验结论还有什么疑问？学生可能会说出很多实验中所不完善的地方．教师总结今天我们通过探究的方法研究了功与速度变化之间的关系，在这个实验中我们学会了功虽然不能测量，但是我们采用橡皮筋并联的方法照样能得到它们之间的关系．做实验是物理研究的一种重要方法，希望同学们不要因为做一次实验，就想一定得到一个规律，也不要因为做了一次实验，就想否定某一个物理规律．科学史上很多物理规律的得出都是科学家经过无数次的理论探究和实验探索，只有在实验结论与很多实际经验相符合时，才敢宣布他们的研究结论．就像今天我们的实验其实还有很多值得去探究的地方，就好比橡皮筋的选择，我在准备这节课的时候，到市场上买了很多种橡皮筋，做了很多次的尝试和计算，多次实验以后才选中同学们今天做实验用的这个细、均匀圆橡皮筋．其实我们的学习，需要大家敢于质疑，也需要同学们有持之以恒的毅力和不达目的不罢休的动力，才能到达成功的彼岸．几点思考得出今天这个结论的前提是物体运动的初速度为零．①如果初速度不为零，那么可能存在什么样的表达式呢？②初速度不为零，这个不为零的初速度又该怎样去测量呢？③本实验中我们未曾改变小车的质量，那么本实验中如果我们改变小车的质量又会出现什么样的情况呢？④本节课之初，我们想到的那一套实验器材，课后同学们有兴趣可以到实验室再来探究，结合我们脑中已有的知识再想想有没有改进的地方？教学反思新课程理念中有一点就是要充分调动学生自主探究的热情，引导学生沿着正确的思路去寻求解决疑惑的突破口，通过尽量精确的实验或者推理去解开疑惑，同时体验成功的乐趣，通过学习养成探究的精神，学会能将复杂问题分块分点的转化解决方法．这节课的重难点不是实验的结论，而是去体会和学会宏观把握、分块分点、逐步探究的过程．。
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§7.6 实验：探究功与速度变化的关系
一、教学目标
（一）知识与技能
1、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度;
2、学习利用物理图像探究功与物体速度变化的关系。
（二）过程与方法
通过用纸带与打点计时器来探究功与物体速度相关量变化的关系,体验知识的探究过程和物理学的研究方法。
（三）情感态度与价值观
体会学习的快乐,激发学习的兴趣;通过亲身实践,树立"实践是检验真理的唯一标准"的科学理念。
二、教学重点
学习探究功与物体速度变化的关系的物理方法――倍增法,并会利用图像法处理数据。
三、教学难点
实验数据的处理方法――图像法
四、教学过程
1、阅读教材,提出方法
(1)实验装置:见右图。
配套器材:课本方案装置
(2)实验思想方法:倍增法。
虽为变力做功,但橡皮条做的功,随着橡皮条数目的成倍增加功也成倍增加。
这种方法的构思极为巧妙。
历史上,库仑应用类似的方法发现了着名的库仑定律。
当然,恒力做功时,倍增法同样适用。
(3)数据处理方法:图像法。
作出功-速度(W-v)曲线,分析这条曲线,得出功与速度变化的定量关系。
2、学生思考,提出预案
(1)学生提出多种设计预案,在课上展示设计的思路和方法: 课本方案、气垫导轨加数字毫秒计方案、铁架台打点计时器自由落体方案等。
(2)教师针对各种设计预案,进行分析:
主要从合理性、科学性、可行性等方面进行分析,略。
3、师生研讨,初定方案
1、制定基本的实验方案:(师生互动)互动以下面几个问题为中心展开:
(1)探究中,我们是否需要橡皮筋做功的具体数值?不需要。
因为实验是以倍增的思想方法设计,若橡皮筋第一次做功为W,则橡皮筋第二次做功为2W,…、橡皮筋第n次做功为nW。
且实验巧妙地将倍增的物理方法应用于变力做功。
(2)为了达到各次实验中橡皮筋做的功成倍增加,即实现倍增,对各次实验中橡皮筋的伸长量有什么要求?你想出了什么办法?各次实验中橡皮筋的伸长量必须相同。
若使小车在橡皮筋的变力作用下产生的位移相同,就要有相同的运动起点。
具体方法是:以第一次实验时小车前(或后)端的位置为基准,垂直运动方向在木板上作出一条水平线。
以后改变橡皮筋的条数时,
小车前(或后)端仍以此位置为基准(均从静止)运动。
(3)小车获得的速度怎样计算?小车在橡皮筋作用结束后,做匀速运动。
找出纸带中点距相等的一段。
求出点距相等一段的平均速度,即为小车匀速运动的速度,即小车加速后获得的速度。
(4)是否一定需要测出每次加速后小车速度的数值?可以怎样做?不一定需要。
(当然,也可以测出每次加速后小车速度的数值)
设第一次小车获得的速度为v,小车在第一次、第二次、…、第n次实验中的速度为: 若令则即小车在第二次以后实验中获得的速度可以用第一次实验中获得的速度的倍数来表示。
(5)实验完毕后,用什么方法分析橡皮筋对小车做的功与小车速度的关系?
图像法。
(6)如何在坐标纸上建立两轴物理量?如何确定适当的标度?
纵坐标表示橡皮筋对小车做的功,横坐标表示小车获得的速度。
以第一次实验时的功W为纵轴的单位长度(必须用),可以用第一次实验时的速度v为横轴的单位长度(也可以根据各次实验中的最大速度值、坐标纸的最大格数来确定),作出W-v曲线,即功-速度曲线。
2、确立基本的实验方案,设计初步的实验步骤:
A.先将木板置于水平桌面,然后在钉有钢钉的长木板上,放好实验小车。
B.把打点计时器固定在木板的一端,将纸带穿过打点计时器的限位孔,纸带一端夹紧在小车的后端,打点计时器接电源。
C.过两钉中垂线上的适当位置作两钉的平行线,交中垂线于O点,作为小车每次运动的起始点。
D.使用一根橡皮筋时,将小车的前端拉到O点,接通电源,打点计时器打点,释放小车,小车离开木板前适时使小车制动,断开电源,取下纸带。
重复本项前面的过程,选出点迹清晰的纸带。
(求出小车获得的速度。
暂不求)
E.换用同样材料、粗细、长度的两根、三根、…六根橡皮筋,依照D项的方法,分别进行实验。
(得出各次实验中小车分别获得的速度。
暂不求)
F.以功为纵轴(第一次橡皮筋做的功为纵轴的单位长度),以速度为横轴(第一次小车的速度为横轴的单位长度),建立坐标系,用描点法作出图像,看看是否是正比例图像,若不是,功与速
度的哪种相关量(的变化量)是正比的,功就与速度的这种相关量(的变化量)具有确定的函数
关系。
学生实验,教师指导
1、学生按确定方案开始初步实验。
(首先完成实验操作方案的前四步)
2、教师适时提出问题,指导学生操作的技巧,针对问题,完善实验操作。
(1)小车运动中会受到阻力,可以采用什么方法进行补偿?
可以采用平衡摩擦力的方法。
具体操作是:使木板略微倾斜,将小车(车后拴纸带)放到木板上,轻推小车,小车运动,观察纸带的点距。
调节木板的倾角,观察纸带的点距,直到点距相等,表明恰平衡摩擦力(若用气垫导轨,调节导轨的倾角,若挡光条遮光的时间通过数字毫秒计显示
时间相等,即恰平衡摩擦力)。
(2)观察打点的纸带,点距是如何变化的?点距是否均匀?问题出在哪里?若恰能平衡摩擦力,试分析小车会做何种运动?应该采用哪些点距来计算小车的速度?
先增大,后减小。
不均匀(不是匀加速)。
没有平衡摩擦力。
就要用到补偿法。
先加速(但非匀加),后匀速。
应采用小车做匀速运动那一段的点距来计算速度。
因为匀速的速度就是橡皮条对小车作用的最终速度;由于小车在橡皮条变力作用下做非匀加速运动,最终速度不能用匀变速运动纸带的处理方法得到,但可以用匀速运动纸带的处理方法得到。
(3)使木板略微倾斜,调节木板的倾角,经检验恰好平衡摩擦力。
可以做一系列地平行线,选适当的位置作为A,重新标出小车运动的初始位置A。
(体现完善实验的过程)
(4)确立可操作实验方案,设计合理的实验步骤:
A.先将木板置于水平桌面,然后在钉有钢钉的长木板上,放好实验小车。
B.把打点计时器固定在木板的一端,将纸带穿过打点计时器的限位孔,纸带一端夹紧在小车的后端,打点计时器接电源。
五、教学后记。