《实验：探究功与速度变化的关系》教案2 (2)

实验：探究功与速度变化的关系教案一、教学目标（一）知识与技能1、知道探究活动须测定功与速度两个物理量；2、会利用打点计时器打出的纸带计算物体运动的速度；3、会运用物理图象探究功与物体速度变化的关系。（二）过程与方法1、体验实验方案确定过程的探究思路；2、体验实验操作过程中控制实验条件的方法；3、体验通过实验数据处理寻找物理量间变化关系的方法。 （三）情感态度与价值观通过亲身实践体会，领略探究过程中避繁就简的方法选择，感受实验探究的快乐，形成“实践是检验真理的唯一标准”的科学观，培养科学思维方式与能力。二、教学重点探究思路，功与速度变化的关系。三、教学难点1、变力功的计算（倍增法）。2、从寻找W-V关系转向寻找W-V2关系（图像法）。四、课时安排1课时五、教学准备多媒体课件、粉笔、图片。六、教学过程新课导入：“在很早的时候人们就认识到,要想使物体运动是要付出代价的”,在现实生活中我们也经常遇到这样的例子:要想使汽车运动起来是要消耗汽油的;要想使火箭获得一个很大的速度,从而飞向太空,这同样要消耗大量的燃料;要想使铅球、铁饼等物体获得初速度从而把它们投掷出去,这也需要运动员耗费大量的体力。 以上各种现象中,要使物体获得的速度越大,需要付出的代价也越高。这说明了什么物理问题。 新课讲解：一、探究的思路1、阅读课文,说出该探究实验的目的、实验所需要的器材及实验的设计思路。2、课本中利用不同数目的橡皮筋拉动小车做功,对此,你有何认识?怎样选择橡皮筋才尽可能减小误差?3、实验时为何要平衡摩擦力?如何平衡?4、实验中如何来测定小车的速度?如何从纸带上分析出小车在通过B点时的速度?实验目的：1、通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系。2、体会探究的过程和所用的方法。实验器材:木板、小车、橡皮筋、打点计时器及电源、纸带等。设计思路:如图所示1、设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W2、由纸带和打点计时器分别测出小车获得的速度v1、v2、v33、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Wv;如果不是直线,可着手考虑是否存在下列关系:Wv2、Wv3、W5、根据Wv草图,大致判断两个量可能是什么关系。如果认为很可能是Wv2,就做出Wv2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。注意事项：1、橡皮筋拉小车时的作用力是变力,我们不能求变力做功问题,但选用相同的橡皮筋,且伸长量都一样时,橡皮条数目的关系就是做功多少的关系,因此,可以不需求出变力功的大小,就知道功的关系。2、市售的橡皮筋粗细不一,一致性差,弹力偏大。不同的橡皮筋之间的弹力差异也较大,不能满足本实验的要求。而且用至少4根以上时弹力过大,使打出的纸带点数过少,以致找不出小车不受力匀速运动时所打出的点。可选择服装中使用的多股橡皮筋的松紧带,要仔细地剪成单股。3、实验中的小车不可避免地要受摩擦力的作用,我们研究拉力对小车做功和速度的关系,应排除其他力的影响。可将木板的一端稍垫高,轻推小车,观察小车是否做匀速运动,使重力的分力与摩擦力相平衡,消除摩擦力的影响。4、 (1)用打点计时器来测速度;(2)用频闪照相来测速度;(3)用传感器借助计算机来测速度。 由于实验器材和每次操作过程的分散性,尤其是橡皮筋不可能做到各条之间的长度、粗细完全一致,使得每次改变橡皮筋的条数以后,纸带上反映小车匀速运动阶段的点数,和这些点的位置不一定出现在事先设定的B点,可能在B点前后。这是因为小车在几条橡皮筋拉动下运动至B点时,还可能受到其中某条橡皮筋的拉力。因此对纸带上的点要进行分析,方法是比较B点之前及B点之后若干个相邻两点间的距离是否基本相同。选择相邻距离基本相同的若干个点作为小车的匀速运动阶段,用这些点计算小车的速度。二、操作的技巧教师活动：利用多媒体展示问题,让学生思考、回答。问题：1、设想若不平衡摩擦,纸带上的点会是什么样的?平衡摩擦之后,做该实验纸带上的点又是什么样的?2、纸带上的点距并不都是均匀的,应该选用哪些点距来确定小车的速度?为什么?3、在改变橡皮筋的条数后,为什么要把小车拉到相同的位置释放?不这样做会出现什么现象?学生活动:分组讨论。师生互动:学生发言,教师点评、总结。明确:1、若不平衡摩擦,小车在开始时受橡皮筋的拈力和摩擦力。拉力逐渐变小,摩擦力不变。在两个力相等前做加速度越来越小的加速运动,两力相等时速度达到最大。之后两力的合力方向与速度方向相反,合力开始做负功,做加速度越来越大的减速运动,当橡皮筋恢复原长后仅受摩擦力,做匀减速直线运动。故纸带上的点是两头密、中间疏,几乎找不到间距相等的点。平衡摩擦后,小车开始做加速度越来越小的加速运动,橡皮筋恢复原长后做匀速直线运动,故点迹是开始密,越来越疏,之后间距相等。2、由上述分析可知,平衡摩擦后,纸带上的点并不都是均匀的。在小车做加速运动的过程中,橡皮筋还在继续对小车做功,恢复原长,做功完毕。小车做匀速运动,因此我们要选择点距相等的点来确定小车的速度。具体做法:测出点距相等的n个点间的位移x,v=。3、由上一节探究已经知道,弹簧或橡皮筋弹性势能为kx2。每次必须拉至相同位置,目的是保证每次实验每条橡皮筋的弹性势能相同,这样橡皮筋的条数与弹性势能成正比,使得做的功与橡皮筋的条数成正比。随着橡皮筋条数的增多,做功分别为W、2W、3W若不严格拉至同一位置,就不满足上述情况,造成较大误差。三、数据的处理教师活动：提出问题,让学生思考,回答。问题：1、对于实验所得到的数据,我们如何处理?2、描绘图象时我们应注意哪些问题?学生分析、思考、回答:师生互动:学生回答,教师点评,引导。明确:1、将得到的一组(W,v)值描点于W-v坐标平面内,从点的分布情况来大致判断应该是什么样的曲线,然后分别试探画出W与v、W与v2、W与v3、W与之间的图象。因为直线关系最容易判断两个物理量的关系,所以通过试探,找出哪一组是正比关系,最后确定功与速度的最终关系,也可借助计算机来进行分析、整理。2、数据处理同样体现了探究问题的思路,在Wv坐标系中描绘出W、v的各对应点后,既要观察各点的位置关系,又要思考这些点之间应有的函数关系。由于实验误差,这些点的位置有可能表现为直线分布,也可能表现为曲线分布。一般呈直线分布的原因是由于橡皮筋的拉力较大,小车的速度比较大,加之实验次数少,所取的点数也少,使W、v各对应点近似成线性分布。可以从两方面解决:在小车上加砝码,增大小车质量,使小车速度不致过快;另外在画图时加大纵坐标的单位长度。从原点O开始描绘图线也可以避免画成