2017-2018学年高中物理人教版必修2教案：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1

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1、6．实验：探究功与速度变化的关系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．学习利用物理图像探究功与物体速度变化的关系。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。情感态度与价值观1．体会学习的快乐，激发学习的兴趣；2．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。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。教学难点实验数据的处理方法──图像法。思路方法1．在实验探究活动前，通过提出问

2、题的方式，研究探索的思路，提出研究的方法；2．在实验探究活动中，要围绕分析论证实验预案、确定完善课本方案并在实验操作中改进实验、对实验数据进行分析处理得出结论这条主线进行；3．在实验探究活动后，要善于总结，理出方法；长期积累起来的科学的探究问题的方法，必将对今后的科学探究活动起到积极的指导作用。教具准备①钉有2个长直铁钉的长木板（附木块）；②小车（300g）；③相同的熟胶橡皮筋6根（附：细线若干）；④J01207火花式打点计时器（附：220V交流电源、备用墨粉纸盘、平直纸带若干）；⑤计算机及投影设备。［新课导入］从这节开始

3、，我们讨论物体的动能。通过做功来了解某种能量的变化，从而研究这种能量，这是我们一贯的思想。前面已经研究了重力做的功与重力势能的关系，从而确立了重力势能的表达式。我们也探究了弹力做的功与弹性势能的关系，并且能够由此确立弹性势能的表达式。那么，力对物体做的功与物体的动能又有什么样的关系？这一节和下一节将探究这个问题。大家知道，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，所以，这一节我们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。［新课教学］一、探究的思路1．阅读教材，提出方法（1）实验装置如图所

4、示，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行。橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出。这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据。（2）实验思想方法：倍增法当我们用2条、3条……同样的橡皮筋进行第2次、第3次……实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致，那么，第2次、第3次……实验中橡皮筋对小车做的功就是第一次的2倍、3倍……如果把第一次实验时橡皮筋的功记为W，以后各次的功就是2W、3W……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

5、。历史上，库仑应用类似的方法发现了著名的库仑定律。当然，恒力做功时，倍增法同样适用。（3）数据处理方法：图像法以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，以第一次实验时的功W为单位，作出W－v曲线，即功－速度曲线。分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系。这里，我们并没有测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只是测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍。这对于本实验已经足够了。这样做可以大大简化操作。实际上，本实验作图时，速度坐标轴也不必标出小车速度的具体数值。把第一次测出的速度标

6、为v，算一算第2、第3……次实验时测出的速度是v的几倍，在横坐标上每一个小格代表v，就可以了。2．学生思考，提出预案（1）学生提出多种设计预案，在课堂上展示设计的思路和方法。比如：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

7、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

8、。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次实验中获得的速度分别为、…