大00 人教版必修二;第七章机械能守恒定律《第6节实验： 探究功与速度变化的关系》导学案.docx

人教版必修二;第七章机械能守恒定律第6节实验： 探究功与速度变化的关系导学案7.6实验：探究功与速度变化的关系导学案班级： 组名： 姓名： 总课题机械能守恒定律总课时1 课时课题探究做功与速度变化的关系课型新授课教学核心素养【核心知识】（1）学会利用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度，会用DISlab系统分析、处理实验数据，并能独立总结出功与速度变化的关系。（2）学习利用物理图像研究究功与物体速度变化的关系，掌握“化曲为直”的作图技巧。【核心能力】（1）通过本节课的实验理论分析与论证的过程，使学生受到理性思维的训练。（2）通过引导学生设计实验方案，让学生上台操作展示实验数据、分析实验数据、总结规律，使他们掌握科学探究的方法及“化曲为直”的作图技巧，体会科学探究的方法。【科学品质】（1）通过实验探究活动，经历讨论与交流，培养学生的语言表述能力和团结合作的学习精神（2）通过实验验证培养学生的探究意识和动手实践能力，并让学生体会到科学探究的快乐，培养学生严谨细致的科学态度。教学重点1、探究功与速度变化关系中实验方案的设计。2、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。教学难点1、如何消除摩擦力做功的影响？2、如何测定变力做功？3、实验数据的处理方法图像法 导 学 过 程 学 生 讨 论教师补充内容或错题订正任务一 回忆旧知【知识链接】1、复习必修一第二章实验“1 实验：探究小车速度随时间变化的规律”，知道怎样通过纸带求小车的瞬时速度的方法。2、复习必修一第四章实验“2 实验：探究加速度与力、质量的关系”中的参考案例二，知道怎样平衡摩擦力及得到小车合力的方法。【学习过程】思考1： 前面我们已经定量研究了哪几种能量？它们都是怎样得出表达式的？它们与对应力的功有什么关系？任务二 讨论交流思考2：我们得出重力势能表达式是通过探究重力做功得出的，得出弹性势能表达式是通过探究弹力做功得出的，那么标题中要探究的功是什么力的功？为什么？提问1：求速度变化，要先测出速度，我们最熟悉的实验室中测速度的方法是什么？思考3：那么请设计出一个实验方案，能够探究合力的功与物体速度变化的关系，当初速度为零时，若我们可以作出“功与速度n次方的线性关系”图像时我们就比较方便研究。如何让功成整数倍的增加？（1）有哪几种方法？（2）具体如何操作？（3）需要哪些器材？（4）应该注意什么？（结合教材70页参考案例一，小组讨论、经过讨论、归纳、整理得出实验方案） 提问2：下面我们要解决的问题：怎样求合力功？怎样求速度改变量？思考4：怎样求小车受的合力？（注意要甩掉摩擦力这个麻烦，只让绳拉力为合外力，该怎么办？逐步引导出平衡摩擦力，怎样平衡，怎样判断出角度是否合适）（2）拉力的大小怎么办？是否就等于钩码重力？思考5：怎样得出位移？思考6：怎样确定始、末速度？刚才设计出的方案涉及到的问题我们在必修1中已经解决，现在想用如图所示的方案（教材70页参考案例二）探究合力功与小车速度变化关系，以上问题如何解决？1.引导出为使橡皮筋拉力成为合力，平衡摩擦力的方法与前面一样。2.拉力大小如何确定？3.拉力是变力，而且劲度系数也变，怎样变也不知，弹簧变力功的方法用不了了（画不出F-L图像），那怎么求皮筋做的功？（提示：我们在探究加速度与力、质量关系时用过一种方法，不需要求出加速度具体值，也不需要求出力的具体值，只要知道两次实验中力的比值和加速度的比值，就可以得出加速度与力的关系。现在我们要讨论功与速度变化的关系，能用类似的办法吗？）4. 初位置与初速度，末位置与末速度的问题如何解决？5. 解决了以上的实验原理问题，在做实验以前，大家再讨论：为提高实验的准确性，实验中要注意什么？6. 若实验总共做6次，得到（W、v1）（2W、v2）（3W、v3）怎样处理这些数据，从而得到结论呢？任务三 小组设计探究方案实验方案（画出实验方案示意图）实验步骤：记录数据（设计表格）：实验数据处理：使木板略微倾斜，将小车（车后拴纸带）放到木板上，轻推小车使小车运动，观察纸带的点间距。调节木板的倾角，观察纸带的点间距，直到点间距相等，表明恰好平衡摩擦力。在图1的方案中，假设小车质量M，重物质量m，小车的摩擦力已经平衡。尝试利用牛顿第二定律求解绳子的拉力F与重物的重力mg的关系，并说明什么情况下可以近似用mg代表F5、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。学生的方案：一、方案一借助恒力做功探究功与速度变化的关系1原理由钩码通过滑轮牵引小车，当小车的质量比钩码大得多时，可以把钩码所受的_当作小车受到的牵引力如图1所示图1改变钩码的质量或者改变小车运动的_，也就改变了牵引力做的功，从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系2实验步骤(1)按如图1所示安装好实验仪器(2)平衡摩擦力：将安装有打点计时器的长木板的一端垫高，让纸带穿过打点计时器连在小车后端，不挂钩码，接通电源，轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点为止(3)在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线绕过滑轮连接小车和钩码(4)将小车停在打点计时器附近，先接通电源，再释放小车，小车运动一段时间后，关闭打点计时器电源(5)改变钩码的数量，更换纸带重复(4)的操作3数据处理(1)选取点迹清晰的纸带，选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0、1、2、3.(2)测出0到点1、点2、点3的距离，即对应的小车的位移x1、x2、x3，利用公式vn求出点1、点2、点3对应的瞬时速度v1、v2、v3.(3)确定此纸带所挂的钩码的重力G，利用WnGxn，分别求出小车的位移为x1、x2、x3时牵引力所做的功W1、W2、W3.(4)先对测量数据进行估算，或作Wv草图，大致判断两个量可能的关系，如果认为是Wv2(或其他)，然后以W为纵坐标，v2(或其他)为横坐标作图，从而判定结论4注意事项(1)平衡摩擦力时，不挂钩码，轻推小车后，小车能做匀速直线运动(2)计算牵引力做功时，可以不必算出具体数值，只用位移的数值与符号G的乘积表示即可二、方案二 把装置改为“探究自由落体运动规律”的装置来完成，这样就避免了平衡摩擦力。1原理：利用重力是恒力，探究重力做的功与小车获得的速度间的关系2实验步骤(1)按图把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连好。(2)把纸带的一端在重锤上用架子固定好，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近。(3)接通电源，待打点计时器工作稳定后松开纸带，让重锤带着纸带自由下落 (4)重复几次，得35条纸带。3数据处理(1)在打好点的纸带中挑选点迹清晰且第1、2点之间的距离约为2mm的一条纸带，在起始点标上O ，以后各依次标上1、2、3.用刻度尺测出对应高度h1、h2、h3 (2)应用公式 计算各点对应的速度v1、v2、v3. (3)确定此纸带所挂的重物的重力G，利用WnGhn，分别求出重物下落高度为h1、h2、h3时重力所做的功W1、W2、W3.(4)先对测量数据进行估算，或作Wv草图，大致判断两个量可能的关系，如果认为是Wv2(或其他)，然后以W为纵坐标，v2(或其他)为横坐标作图，从而判定结论4注意事项（1）实验中打点计时器的安装，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦力（2）实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常后才松开纸带让重锤下落以保证第一点是一个清晰的点（3）电火花打点计时器必须接50Hz交流220V电源.（4）必须保留纸带上打出点迹的第一点，且第1、2点间距约为2mm的纸带误差小。（5）测量下落高度h时，应从起始点算起。为减小h的相对误差，选取的计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，有效长度可在60 cm80 cm.三、方案三借助橡皮筋变力做功探究功与速度变化的关系1原理使小车在橡皮筋的作用下弹出，如图3所示图3改变橡皮筋的条数，橡皮筋对小车做的功分别是一条橡皮筋做功时的相应_，测出小车被弹出后的速度，能够找到橡皮筋对小车做的功与小车速度的关系2实验步骤(1)按如图2所示安装实验仪器(2)平衡摩擦力(3)第一次先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋弹力对小车做的功为W，并将测得的数据记入表格(4)换用2条、3条、4条同样的橡皮筋做实验，并使橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，测出v2、v3、v4，橡皮筋对小车做功分别为2W、3W、4W，将数据记入表格3数据处理(1)速度数值的获得：实验获得的是如图3所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功与小车速度的关系，需要测量的是弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度所以，应该在纸带上测量的物理量是图中间隔均匀的点A1、A3间的距离x，小车此时速度的表达式为v，其中T是打点计时器的打点周期图3(2)计算橡皮筋弹力对小车做的功分别为W、2W、3W时对应的v、v2、v3、的数值，填入表格.WvnW2W3W4W5Wvv2v3(3)逐一与W的一组数值对照，判断W与v、v2、v3、的可能关系或尝试着分别画出W与v、W与v2、W与v3、W与 间关系的图象，找出哪一组的图象