6. 能源的开发与利用板书设计及设计说明

实验：探究功与速度变化的关系

埇桥区朱仙庄煤矿中学 刘

斌

课

题

6

实验：探究功与速度变化的关系

知识与技能

1、领会探究功与速度变化关系实验的设计思路

2、会使用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度

3、理解一根橡皮筋所做的功－－“单位功”的含义

4、明确实验设计的一些技巧和采取的措施

5、掌握用物理图象处理数据的方法和思路

过程与方法

1、通过用打点计时器来探究功与速度的关系，体验探究的过程和方法的精妙之处

2、实验过程中是如何解决变力功的问题

3、实验中是如何平衡摩擦阻力的，以及平衡摩擦阻力的意义

4、实验中是如何测出橡皮筋恢复原长时小车的速度

5、如何利用物理图象寻找功与速度之间的关系

情感态度与价值观

1、体验探究过程的困难、巧妙，享受成功的快乐

2、通过实验探究，体会学习的快乐，激发学习的积极性；通过亲身体验，感受科学探究的真正内涵

3、培养学生实事求是的科学观和价值观

1、探究功与速度变化关系的过程和方法

2、图象法处理数据

教

学

目

标

教学重点

1、实验的精妙设计

教学难点

2、数据处理

3、实验过程的规范操作

教法：通过问题的设置，依据其逻辑关系，逐层递进，师生互动，引导学生交流讨论，找到解决问题的方法，形成方案。

教学方法

学法：在教师引导下，大胆想象，积极思考，领会探究方案的本质意图，在分组实验操作中，能处理实验中出现的问题，操作熟练，能结合数学知识分析物理量间的关系。

实验器材（每2人一组）：木板（两侧适当位置订2根细钉）、小木块、小车（配重适当，、规格相同的橡皮筋（多条）、打点计时器及电源、纸带、mm刻度尺等。

教

具

中心固定销钉）辅助器材：多媒体及制作的PPT课件，坐标纸。

课时安排

1课时，附加一个课外活动时间

教学流程

教师活动内容

1、

重力做功与重力势能有怎样的关系？写出其数学表达式

回顾复习

2、

弹力做功与弹性势能有怎样的关系？写出其数学表达式

学生活动内容

生答：重力做正（负）功，重力势能减少（增加），重力势能减少（增加）的数量等于重力所做的功（物体克服重力所做的功）。

WG＝mgh1－mgh2

教学说明

为本节课和下节课动能的教学埋下伏笔

生答：弹力做正功，弹性势能减少；弹力做负功，弹性势能增加。

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3、

可见功与能有怎样的关系？

播放视频短片，思考以下问题：

1、描述视频所示的现象，解释这两个过程产生的原因。

情景1：奥运会射箭（射击）比赛中，箭被射出的瞬间（或子弹在枪膛内加速的过程）

情景引入

情景2：汽车的刹车过程

2、这两个情景过程有什么共同特点吗？

W弹＝1212kx1kx2

22情景引入，通过生活中的实例现象感知力做功对物体速度的影响

生答：功是能的变化的量度

生答：

箭（子弹）在弹力（火药推力）作用下，获得很大的速度而射出去。

汽车在阻力作用下，速度渐渐减小，最终停下。

情景1：弹力对箭做了正功，速度增大；

情景2：阻力对汽车做了负功，汽车速度减小。

共同点：力对物体做功，会引起物体速度发生变化。

新课教学

过渡语：本节课将通过实验探究

力对原来静止的物体做的功W与物体获得速度υ的关系。

明确实验目标

总体思路是从实验目的展开的

确定研究实体

让学生体会这样做的巧妙和简单，鼓励学生积极动脑，发挥聪明才智。

引出问题是为了解决问一、探究提出以下层层递进的问题，供学

生思考、讨论、交流，确定探究

的思路

方案。

问题1：探究的基本思路是怎样的？

追问：在实验探究中，应如何对物体做功？又怎样表示每次做功的大小？

教师：和学生共同讨论后总结，确定实验方案：利用橡皮筋弹射小车进行探究。

问题2：橡皮筋弹射小车的力是变力，如何测量这个变力做的功呢？

问题3：如何测量出橡皮筋恢复原长时小车的瞬时速度呢？

生答1：想方设法测量某力做的功W，测出物体获得的相应速度υ；改变力的大小，测出多组W与获得的速度υ，通过对数据的分析比较，得出结论。

生讨论：恒力做功及其计算的方案

变力做功及其表示的方案

生答2：变力的功的测量比较困难，但测出每次做功间的倍数关系就比较容易。利用小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行，当用2条、3条……同样的橡皮筋进行第2、第3次……实验时，保持每次实验橡皮筋拉伸的长度都相同，则第2次、第3次……实验中橡皮筋对小车做的功就是第1次的2倍、3倍。若第1次橡皮筋做功记为W，则以后各次做功就为2W、3W……

生答3：利用打点计时器测量瞬时速度

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问题4：观察纸带上点迹分布，生答4：小车在橡皮筋弹力的作用下先判断小车做怎样的运动？

做加速运动；当橡皮筋恢复原长时，

小车速度达到最大值；之后小车由于

受到木板阻力作用，做减速运动。

问题5：利用这条纸带能测量出生答5：无法知道橡皮筋恢复形变时是橡皮筋恢复原长时的瞬时速度否打点或打点的具体位置，无法测量吗？

出橡皮筋恢复形变时的瞬时速度。

问题6：那该怎么办呢？（组织生答6：如果在橡皮筋恢复原长之后，学生讨论，交流）

以最大速度做匀速直线运动，打出的

纸带的后半部分的点迹就应该是等距

分布。利用这部分点迹就可以很容易

测出橡皮筋恢复原长时小车的瞬时速

度。

问题7：那么如何才能实现你的生答7：使木板略微倾斜到某一角度，这个美好愿望呢？

这样小车的重力沿斜面向下的分力恰

好与小车受到的阻力相抵消，而做匀

速直线运动。

问题8：那么又如何使木板恰到生答8：先目测，观察小车接近匀速直好处的倾斜到这一角度呢？

线运动时，然后让小车拖着纸带在斜

面上自由下滑，观察并测量纸带上的

点迹是否均匀分布，若不均匀，对木

板倾斜程度做进一步调整。

教师：至此，实验方案已基本确定，就等着同学们发挥你们精彩的操作技能，进行操作和数据的采集了。那么，获得数据之后，你们又打算如何处理和分析这些数据呢？

教师操作：将小车放在水平木板上，利用橡皮筋将小车弹出，打点计时器记录的纸带如下图所示。

题

问题层层推进，由浅入深，学生稍加思考就能解决

体会测量最大速度的巧妙所在

教师的丰富语言和问话方式，可以增强亲和力和感染力

方案确定后，对学生的表现给与表扬和鼓励，增强学生信心

二、数据问题1：回顾我们曾经做过的实生答1：一是直接观察数据，分析和比再次巩固利的处理与验，都采用过哪些处理数据的方较数据间的定量关系；二是图象法分用图象法处法？

析数据间的定量关系，等。

理数据的数分析

问题2：利用物理图象分析和处理数据的基本原则是怎样的？

生答2：先从简单的情形入手，例如先画出W－υ的图象，观察所得的图象，如果图线的形状不规则，对坐标进行适当的变换，绘出W－υ2的图象……，直到得到合适的图线为止。

安排在课外活动课进行

学依据

强调比例标度选取要适当

利用Excel处理数据，

教师补充说明：为了培养同学们使用电脑的能力，迅速准确作出第

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W－υ或W－υ2或W－υ3或W－v的图象，我们将这次采集的数据利用Excel完成对数据的处理分析，根据获得的图象判断功与速度变化的关系。

培养学生运用电脑处理问题的能力，感受科技的魅力

三、学生要求学生简要写出实验步骤，然每两位学生一组，互相分工配合，分培养学生的组进行实验

协调和合作实验操作后进行实验。

教师巡视，处理学生实验中出现意识

过程

的问题。

将所得的W与对应的υ值学生绘图

四、处理教师：描绘在坐标纸上，用光滑的曲线

数据

把这些点连接起来。

问题1：曲线是说明形状的？

教师：计算出υ2的值，描绘W－υ2图象。

问题2：曲线是说明形状？

生答：是一条曲线，好像是半个抛物线

学生绘图

生答：近似一条直线

把v或v2与W的数据以坐标形式描绘在坐标系中，体会数学知识的重要意义

五、学生根据你们对数据的处理与分析，生答：在本实验中，功与速度的平方培养学生运用数学知识交流，得得出功与速度变化之间有怎样的成正比，即W∝υ2。

关系？

处理物理问出结论

题的能力

橡皮筋的弹力做功虽不便于计算，但用一根橡皮筋做功为“单

六、课堂巧妙方法1：位功”，改变橡皮筋的条数，保持小车相同的运动距离，则弹力功的大小总结

与橡皮筋的条数成正比。

巧妙方法2：测量橡皮筋恢复原长时的瞬时速度虽然很困难，但通过平衡摩擦，使小车在达到最大速度后一直做匀速直线运动，计算匀速直线运动的速度等于橡皮筋恢复原长时的瞬时速度。

处理数据是本节课的另一重点，掌握处理数据的不同手段，运用数学知识分析物理量间的关系。

七、布置1、按照本节课的实验，完成一份实验报告

2、尝试对实验的改进，你还有什么方法可以验证这个结论？

作业

1、本节课通过问题设置，使教学内容层层展开，收到预期的效果。

2、教学形式主要是学生对问题进行讨论，论证其可操纵性和可实施性。体会实验设计的巧妙所在，培养学生善于思考的好习惯。

教学反馈

3、在实验操作过程中，小车经常被弹射落地，部分小车损毁。

4、大部分小组的实验数据的采集和处理很好，有部分学生的实验没有成功，通过分析其失败的原因，同样加深她们对实验的理解。

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板

书

设

计

实验：探究功与速度变化的关系

一、实验目的：探究功与速度变化的关系

二、探究的思路

1、如何解决功的测量问题

2、如何解决速度测量问题

三、操作步骤（略）

四、问题预测

1、小车的质量对纸带点迹分布密度的影响

2、橡皮筋拉伸长度对实验的影响

3、平衡摩擦力对实验的影响

4、合理利用坐标纸

五、结论：力对原来静止的物体所做的功W与物体获得的速度υ的平方成正比。

即：W∝υ2

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