学生实验教学实录与评析

实验:探究功与速度变化的关系

教学设计

探究功与速度变化的关系高中力学个实验中重要的实验，也是近年来高考考查的热点实验之一，所以教学中对实验的原理、器材选择、实验的设计、实验的步骤以及误差分析进行突破，真正让学生能理解实验的原理，熟练操作步骤，并且能正确、客观分析实验的误差，全面提高学生的实验能力。为了贯穿此意，本课特作如下设计: 一、自主探究

1.对物体做功需要具备什么条件?

[来源学科网ZXXK]2.根据初中所学请回忆,物体由于运动而具有的能叫什么能?它与哪些因素有关?

3.在前几节通过对做功的探究,得到了重力势能和弹性势能的表达式,能否利用同样的思路和方法得到动能的表达式?

二、合作探究

一）、研究分析,提出预案

要通过实验探究“外力做功和速度变化的关系”,你能提出什么预案? (可参考实验“用打点计时器测速度”、“用打点计时器研究自由落体运动”等实验方案)

二）、合作探究,分组实验(本课实验借鉴教材第70页参考案例二)

1.实验仪器:

2.思考与讨论: (1)探究中,我们能否测出橡皮筋做功的具体数值?若不能,可采取什么措施?

(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,对每次实验中橡皮筋的伸长量有什么要求?你想出了什么办法?

(3)小车在木板上运动时会受到阻力,可以采用什么方法进行补偿?

(4)纸带上的点距并不都是均匀的,应该采用哪些点距来计算小车的速度?为什么?

(5)小车获得的速度怎样计算?

(6)实验完毕后,用什么方法分析橡皮筋对小车做的功与小车速度的关系?

3.拟定步骤,进行实验

A.先将轨道置于水平桌面上,将打点计时器固定在轨道上,让纸带的一端夹在小车后端,另一端穿过打点计时器.将轨道安装有打点计时器的一端适当调高,直至轻推小车后使小车恰能在板上做匀速直线运动为止.

B.将橡皮筋固定在小车前端.拉长橡皮筋使小车位于靠近打点计时器处,接通计时器电源,释放小车.

C.用2条、3条、4条、5条橡皮筋分别代替1条橡皮筋重做实验,保证每次释放小车的位置相同,即橡皮筋被拉长的长度相同.

D.在上述实验中打出的5条纸带中,分别找出小车开始近似做匀速运动的点,并分别测出匀速运动时的速度v1、v2、v3、v4、v5.

E.以功为纵轴(第一次橡皮筋做的功为纵轴的单位长度),以速度为横轴,建立坐标系,用描点法作出Wv图象,看是否是直线.若不是,再作Wv2、Wv3……图象,最终确定功与速度的函数关系.

三）、处理数据,得出规律

1.自主设计记录实验数据的表格:

W/J x/m

v/(m·s-1)

v2/(m2·s-2)

1

2[来源:Z

_xx_k.Co

m]

3

4

5

6

探究实验的数据分析:为了清晰地显示出功与速度变化的关系,数据分析时可以采用图象分析法.如果作出

是一条直线,表明橡皮筋做的功与小车获得的速度的关系是正比例关系,即W∝v如果不是直线,就可能是W∝v2、W∝v3,甚至W∝.

因此记录实验数据时可以设计一个如(1)中的表格.

2.根据数据描点画图,找出功与速度关系

3.结论:

课堂检测

1.关于探究功与速度变化的关系实验中,下列叙述正确的是(

) A.每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值

B.每次实验中,橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致

C.放小车的长木板应该尽量使其水平

D.先接通电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出

2.在做“探究功与速度变化关系”的实验时,下列说法正确的是(

) A.通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值

B.通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值

C.通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度

D.通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度

3.在本节实验中,小车会受到阻力,但可使木板倾斜作为补偿.则下列操作正确的是(

) A.放开小车,能够自由下滑即可

B.放开小车,能够匀速下滑即可

C.放开拖着纸带的小车,能够自由下滑即可

D.放开拖着纸带的小车,能够匀速下滑即可

4.在“探究力对物体做功与速度变化的关系”的实验中每次橡皮筋的拉伸长度都保持不变,这样每次(

) A.做的功一样

B.每条橡皮筋产生的弹性势能相同

C.产生的动能相同

D.产生的重力势能相同

5.对于橡皮筋做的功来说,直接测量是有困难的.我们可以巧妙地避开这个难题而不影响问题的解决,只需要测出每次实验时橡皮筋对小车做的功是第一次实验的多少倍,具体做法是(

) A.用同样的力对小车做功,让小车通过的距离依次为x、2x、3x……,力对小车做的功就是W、2W、3W……

B.让小车通过相同的距离,第1次力为F、第2次力为2F、第3次力为3F……,力对小车做的功就是W、2W、3W……

C.选用同样的橡皮筋,在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致,当用1条、2条、3条……同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第3次……实验时,橡皮筋对小车做的功就是W、2W、3W……

D.利用弹簧测力计测量对小车的拉力F,利用刻度尺测量小车在力F作用下移动的距离[来源学科网]

x,便可以求出每次实验中力对小车做的功,可控制为W、2W、3W……

6.在“探究功与速度变化的关系”的实验中,得到的纸带如图所示,小车的运动情况可描述为A、B之间为

运动,C、D之间为

运动,应选

来计算小车的速度v.

7.在做“探究功与速度变化的关系”的实验时,小车的质量为m,使用橡皮筋6根,每次增加1根,实验中W、v、v2的数据已填在表格中.

[来源:学科网]W/条

0 1 2 3 4 5 6 v/(m·) 0 0.80 1.10 1.28 1.53 1.76 1.89 v2/(m2·) 0 0.64 1.21 1.64 2.34 3.10 3.57

(1)试在图甲、乙中作出图象.

(2)从图象可以得出的实验结论是

. [来源:学科网ZXXK]

参考答案

自主探究

1.有力并且在力的方向上有位移

2.动能

物体的质量和速度

3.略

合作探究

一、研究分析,提出预案

预案:用铁架台和打点计时器研究自由落体运动来探究恒力做的功和速度变化的关系;利用橡皮筋弹射法研究变力做的功与速度变化的关系.

二、合作探究,分组实验

1.橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等.

2.(1)不能,采用倍增法来研究.

(2)用相同的2条、3条、4条、5条橡皮筋分别代替1条橡皮筋重做实验,保证每次释放小车的位置相同,即橡皮筋被拉长的长度相同.

(3)可以将轨道安装有打点计时器的一端适当调高,直至轻推小车后使小车恰能在板上做匀速直线运动为止.

(4)纸带上的点应选点距均匀部分来研究,此时小车匀速运动,橡皮筋已经不再做功.

(5)利用纸带中分布均匀的点来求速度.

(6)用描点法作出Wv图象,看是否是直线.若不是,再作Wv2、Wv3……图象,最终确定功与速度的函数关系.

三、处理数据,得出规律

1.功与小车获得的速度

2.略

3.功和物体的速度的二次方成正比

课堂检测

1.D

2.AC

3.D

4.B

5.C 6.加速

匀速直线

CD段

7.解析:(1)将表中的数据分别描在题图甲、乙所示的两个坐标系中,然后在题图甲中用平滑曲线连接;在题图乙中用斜直线连接,并且使尽可能多的点分布在曲线上或对称分布在直线两侧,如图甲和乙所示.

(2)从(1)中乙图看出W∝v2

答案:(1)见解析图

(2)W∝v2