课外读物优质课教案内容

*常规实验操作题目

*创新实验（器材）探究功与物体速度变化的关系

*科学/物理

*器材开发教物理

利用平抛运动规律探究功与物体速度变化的关系

名称

师（原创）

综合已有教学器材的用途、优点开发设计新实验器材，进行新实验。

*开发目的

用更简单、形象可观的操作寻找做功与物体速度变化的关系。

郭世娟

关于《探究功与物体速度变化的关系》的实验，教材上提供了两种方案，一种探究恒力做功，一种探究变力做功。均利用打点计时器测量计算物体运动速度。

在探究功与速度变化关系的实验教学过程中发现如下问题：

1、操作步骤难度较大，耗时长。两种实验方案需平衡木板摩擦，且利用打点计时器测量速度。操作难度较大，数据处理计算量也较大，进而导致用时太长，许多学生往往在实验课堂上无法很快得到结论。这样大大的降低了学生学习和实验的兴趣。

2、操作过程中引起误差的因素较多。例如：

（1）各条橡皮筋的差异和拉伸差异会引起误差。

*设计思路

（2）平衡摩擦力不彻底或平衡过度也会造成误差。

（3）利用纸带测量小车运动速度时测量不准会引起误差。

由该实验的目的可知实验需探寻两个要素：力对物体做的功和物体的速度。其实质便是动能定理。而在平时教学中经常出现两种典型情景：

1、物体在不计阻力的情况下下落，遵循机械能守恒定律。重力势能将完全转化为动能。同时这个过程也是重力做功的过程。若使物体下降高度成倍增加，则重力做功成倍增加。

2、利用平抛运动规律可求得平抛的初速度。

综合以上思考，针对教材实验设计的操作难点和易引起误差的因素设计实验如下：

1 2

1、从动能重力势能演示器的设计得到启发。小球与钢轨间的摩擦是滚动摩擦，客服摩擦力而做的功几乎可以忽略不计。因此若将研究对象由小车改为小球，这样既能减小摩擦力的影响，又可省去平衡摩擦力的步骤。大大降低实验难度，节省实验时间。

2、动能和重力势能演示器上高度标有刻度，依次让小球从标有5、10、15、20、25刻度处下滑可实现让重力做功成倍的增加。

3、小球下落到上图1位置后便会平抛飞出做平抛运动。每次都从1位置飞出则下降高度相同，平抛用时相同。由物理规律我们可以得到以下推论结果：

h122h平抛高度相同则每次平抛时间相同。

gtt2gx 平抛飞行时间相同时平抛的初速度与水平位移成正比。

txv0tv0小球平抛的初速度是由重力做功获得的。实质上我们只要研究到与水平位移x的关系即得到了W与小球下降所获得的速度关系。

2233若Wv则将Wx；若Wv则将Wx；若Wv则将Wx……

其实质即由动能定理推导可得关系：

W12m2mv02x故最后我们将得到Wx2。

22t4、由于每次平抛时间相同，所以实际操作时，我们不必测量平抛的高度，我们只需拆掉2位置的直导轨，在2位置正下方标贴一条刻度，测出每次对应的水平位移即可。

但动能重力势能演示器上小球平抛飞出后下落高度不够，时间太短，导致水平位移太短，且水平底座上刻度精确度不够，故不利于测量。再者，利用该仪器无法探究变力做功与速度变化的关系。因此不能直接使用动能势能演示器。

根据以上分析和需求，设计新实验器材如下：

该器材分两部分：主体轨道和接球槽，令外配水平仪使用。

1、主体底座高10cm，底座底部有四颗螺丝钉可微调使底座平面轨道水平。底座右侧两轨道正下方各有一粒磁铁，用于连接接球槽。底座上设计两个轨道：圆弧轨道和水平轨道。圆弧轨道仿造动能势能演示器制造，用于探究恒力做功与速度变化关系。水平轨道外侧立两颗钉子，挂上夹子和橡皮筋，拉伸橡皮筋可发射小球，用于探究变力做功与速度变化关系。

2、接球槽为透明长槽，用于接住平抛小球且测量其水平位移。接球槽左侧有一磁铁，用于固定于主体右侧，防止小球落入槽中冲击力是槽移动引起误差。在透明长槽底部贴有标准刻度，方便垂直视线读数且减小误差。使用时在白纸区域先用双面胶贴上1.5cm宽的白纸，再在白纸上铺上复写纸，小球下落靠撞击将落点位置印在白纸上，直接利用长槽底部刻度读出小球水平位移。

实验操作步骤如下：

实验1：探究恒力做功与速度变化关系（选用圆弧轨道）

1、摆好仪器主体，利用水平仪，用螺丝刀调节底部螺丝，使圆弧轨道水平段水平。以保证小球水平飞出后做平抛运动。

2、将接球槽铺好白纸和复写纸，接球槽置于圆弧轨道右侧靠磁铁与主体衔接，使球槽在小球飞出的圆弧轨道水平方向上。

3、依次让同一小球分别从圆弧轨道5cm、10cm、15cm、20cm高度处下滑，平抛飞入接球槽中。

4、取下接球槽中复写纸，直接读出四次小球落点的水平距离。填入表格待最后处理数据。

实验2：探究变力做功与速度变化关系（选用直轨道）

1、摆好仪器主体，利用水平仪，用螺丝刀调节底部螺丝，使直轨道水平。以保证小球水平飞出后做平抛运动。

2、将接球槽中原来白纸取下，铺好新白纸和复写纸，接球槽置于圆弧轨道右侧靠磁铁与主体衔接，使球槽在小球飞出的直轨道水平方向上。

3、直轨道上两侧钉子上套上夹子，使两测夹子各夹住弹射套上两侧的各一根橡皮筋，将小球放入弹射套，拉伸橡皮筋结点到轨道外侧标注红线位置，释放弹射套使小球弹出，且沿直槽水平飞出，平抛飞入接球槽中。

4、依次使夹子分别夹2根、3根、4根橡皮筋重复步骤3. 5、取下接球槽中复写纸，直接读出四次小球落点的水平距离。填入表格待最后处理数据。

最后处理数据。很容易得到W与x成正比关系。即W与v成正比。

自制探究功与速度变化关系实验仪、水平仪、螺丝刀、橡皮筋、小球、铁夹子两个、*使用主要材料

白纸条、复写纸

1、改用小球为实验研究对象，用滚动摩擦代替滑动摩擦，大大减小了因平衡摩擦而引起的误差。

2、自制实验器材，利用新的方案和平抛运动规律探究问题。将原有的两套实验器材综合微缩于一个仪器上，大大节省空间和时间，使实验更简便。

*创新点或改进点

3、利用平抛运动规律，使实验数据测量简单，减少测量误差，也增强了实验的准确性。

4、操作过程简单，现象明显。

5、器材轻便灵巧便于携带，教室、实验室均可进行实验操作。使用功能灵活可进行多个实验。

*能完成的实验

探究做功与速度变化关系；平抛运动规律定性研究。

22*器材可重复使用性

可重复使用。

*教学应用效果

可视性强，教学效果良好。