§76探究功与速度的关系(教案）

1 7 6 7 6 探究功与速度的关系探究功与速度的关系 探究实验设计思路 学习目标学习目标 1 1 知识与技能 知识与技能 通过本节课的学习 学会探究功与物体速度变化关系的 方法 分为两课时 探究实验设计思路探究实验设计思路与学生分组实验学生分组实验各一课时 2 2 过程与方法 过程与方法 通过本节课的学习 学会通过建立坐标系 描点 连线 寻找一些量之间的变化关系 3 3 情感 态度与价值观 情感 态度与价值观 通过本节课的学习 感受探究过程中避繁就简 的方法选择 培养学生的逻辑思维能力 教材分析 1 重点 重点 探究思路 功与速度变化的关系 2 难点难点 图像法寻求功与速度变化的关系 课前复习课前复习 前面学习了两种功能关系 重力做功引起重力势能的变化 并且确立了重力势能的表达式 弹簧弹力做功引起弹性势能的变化 并且确立了弹性势能的表达式 接下来两节 我们研究另一种功能关系即合力做功与动能的关系 新课讲授新课讲授 视屏播放 视屏播放 射箭 龙卷风 雪崩等自然界中体现动能能量引起强烈震撼的 音像视屏 激发起学生探究的欲望和热情 动能与速度有密切的关系 要探究功与动能的关系 先来探究功与速度的 关系 一 实验目的 实验探究橡皮筋对小车做功与小车速度的关系 2 二 实验原理 1 探 究 思 路 1 测量橡皮筋对小车做的功W 2 测量由于橡皮筋做功而使小车获得的速度v 3 数据处理 寻找W与v的关系 2 探究的技巧 1 测量橡皮筋对小车做的功 W 问题 a 橡皮筋对小车做的功如何测量 F 为变力 做的功很难测量 问题 b 探究过程中 我们是否需要测出橡皮筋做功的具体数值 措施 设法让橡皮筋每次对小车做的功分别为 W 2W 3W 问题 c 每次实验中橡皮筋拉伸的长度有什么要求 三 实验器材 橡皮筋橡皮筋 小车小车 打点计时器打点计时器 木板木板 铁钉铁钉 四 实验步骤 1 按图装好实验器材 把木板稍微倾斜 平衡阻力 平衡摩擦力 使木板稍微倾斜 用重力的分力来平衡小车运动过程 中受到的阻力 mg F FN F F2 F1 一端垫高 使重力沿斜面的分力与摩擦力平衡一端垫高 使重力沿斜面的分力与摩擦力平衡 2 先用一条橡皮筋做实验 把橡皮筋拉长到一定的位置 理好纸带 接 通电源 释放小车 3 换用纸带 改用 2 条 3 条 同样的橡皮筋进行实验 保持每次实 验中橡皮筋拉长的长度相同 4 由纸带算出小车获得的速度 把小车第一次获得的功计为 W 第 2 次 第 3 次 计为 2W 3W 5 对测量数据进行估算 大致判断两个量可能的关系 然后以 W 为纵坐标 v v2 或其它 为横坐标作图 3 五 数据记录 x x cmcm t st sv vv v2 2v v3 3 W W 0 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 六 数据处理 W O W 2 O W 3 O W O 4 教师演示实验 第四步由老师与两个学生共同完成 第五步由学生完成 第六步由教师用 excel 完成 实验结论由学生完成 探究实验结论 七 注意事项 1 在长木板上 小车 铁钉 打点 电火花 计时器的位置应调整适当 保 证打在纸带上的点多一些 2 平衡摩擦力时 可使木板略微倾斜 作为补偿 3 用质量稍大的小车 或可加砝码 以保证打出的点更多 便于处理 4 纸带上的点并不是均匀的 应该选用点迹均匀的部分来确定小车的速度 八 课堂小练 1 本节是一个探究性实验 探究的目的是 A 探究力与物体运动速度的关系 B 探究力与物体运动加速度的关系 C 探究力对物体做功与物体加速度变化 的关 系 D 探究力对物体做功与物体速度变化的关系 2 在本实验中 小车在运动中会受到阻力作用 这样 在小车沿木板滑行的 过程中 除橡皮筋对其做功以外 还有阻力做功 这样便会给实验带来误差 我们在实验中想到的办法是 使木板略微倾斜 对于木板的倾斜程度 下面说 法正确的是 A 木板只要稍微倾斜一些即可 没有什么严格的要求 5 B 木板的倾斜程度在理论上应满足下列条件 即重力使物体沿斜面下滑的分 力应等于小车受到的阻力 C 如果小车不受拉力时在滑行的木板上能做匀速运动 这木板的倾斜程度是 符合要求的 D 其实木板不倾斜 问题也不大 因为实验总是存在误差的 九 板书设计 一 目的一 目的 二 原理 二 原理 W W V V 的关系 的关系 三 器材三 器材 四 步骤四 步骤 五 数据记录五 数据记录 六 数据处理六 数据处理 七 注意事项七 注意事项 6 二 新课教学二 新课教学 师提问 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 教师引导他们说出理由 并由其他同学点评 最后形成统一认识 是合力 功 因为合力决定了加速度 加速度是跟速度变化有关的 师提问 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 打点计时器 师提问 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 先说需要什么器材 在说明怎样安装器材 经过讨论 归纳 整理得出如图所示实验方案 师 下面我们分别解决以下几个问题 教师板书 怎样求合力功 7 怎样求速度改变量 师提问 怎样求小车受的合力 1 引导出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 经过讨论或者推导证明 得出拉力小于钩码重力 虽然可以计算出拉力大小 但为了减轻实验负担 就 近似认为钩码重力等于绳子拉力 条件是钩码质量远小于小车质量 师提问 怎样得出位移 引导出在纸带上确定始 末两点 用尺子测量出位移大小 师提问 怎样确定始 末速度 引导得出用中间时刻瞬时速度等于全程的平均速度得出 师 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 有些学生指出皮筋的劲度可以测出 再由形变 量得出拉力 再求合力 引导提问 目的是求拉力还是求拉力的功 发现拉力 为变力 求功不好求 引导上节课弹簧弹力也是变力 但我们成功地求出了功 8 求皮筋这个变力的功能使用弹簧变力功的方法吗 学生回答能用除以 2 求平均 力或者分割 求和 逼近的微积分方法 教师引导提问 弹簧变力的功之所以 能用上述方法是因为劲度 k 恒定 拉力 F 与形变量 L 成正比 或说拉力 F 随形 变量 L 的变化均匀增大 橡皮筋有这个特点吗 即劲度 k 恒定不恒定 学生回 答不出可引导 化学实验中的胶皮管或者医用胶皮管 静脉取血 拉长后有什 么变化 学生能回答出变细了 逐步引导出劲度系数变化了 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 由于教师一直在问怎样求皮筋这个变力的功 学生的思维一定沿着要求 出功的方向 因此至此陷入困境 师 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 若学生仍没有受到启发 接着引导 非要算出功的具 体值吗 再用实物引导 展示并说明 有许多条相同的橡皮筋 若学生还是 不能提出正确方案 可以直接告知 如果我们做两次实验 知道这两次实验 中功的倍数关系 还知道两次实验中速度的倍数关系 不也可以看出功与速度 变化的关系吗 进一步引导学生得出 第一次用一条橡皮筋 第二次用两 条橡皮筋 师 这种巧妙的方法在物理学史上是有先例的 用几句话简单介绍 库仑如何解决电量大小的问题的 师 功的问题已经解决 那么初位置与初速度 末位置与末速度的问题 呢 师提问 还能不能从纸带上任意找两个点作为初 末位置呢 若学生做 不出判断可进一步问 关键是找到的这两点的速度怎样得出 还能用中间时刻 瞬时速度等于全程的平均速度的方法得出吗 学生很自然地发现是变加速 此 法不通 再进一步问那应该怎样选始末点 学生容易确定初始点选在头一个点 好 因为这样初速为零 但对终了点不能确定 教师引导提问 小车加速过程 中皮筋伸长量逐渐恢复 到原长后小车如何运动 学生容易答出匀速 纸带上 点间隔均匀 从而可用点间距除以时间间隔得到匀速速度 从而解决末速度问 题 末位置无所谓 反正也用不上位移 关键是末速度 9 师 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 学生发表许多意见 老师注意引导大家自评 互评得出大家都同意的几 点 如对橡皮筋的要求 各条橡皮筋保证完全一样 且劲度系数适当 实验时 还不能超过弹性限度 对小车每次释放的位置要一样等 师 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 引导得出用图像法好 可进一步问画什么图 学生很容易回答出 W v 图 追问若是直线是什么意思 W 与 v 成正比 曲线是什么意思 学生几乎都回答 抛物线 得出 W 与 v2正比 因为学生接触过的曲线基本上只有抛物线 所以容 易以偏盖全 可直接告知曲线不一定都是抛物线 即 W 不一定与 v2成正比 即 由曲线是得不出结论的 引导出要多画出几种如 W v2关系图 W v3关系图 W 关系图等 用尝试法寻找结论 师 图像自己用坐标纸画吗 学生容易得出用 excel 软件 因为在必修 1 时用过 教师可用以前的数据组织学生复习用 excel 作图的方法 三 课堂小结三 课堂小结 师 以上实验的预习