§76探究功與速度的關(guān)系(教案）

1 7 6 7 6 探究功與速度的關(guān)系探究功與速度的關(guān)系 探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路 學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 1 知識(shí)與技能 知識(shí)與技能 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí) 學(xué)會(huì)探究功與物體速度變化關(guān)系的 方法 分為兩課時(shí) 探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路與學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)各一課時(shí) 2 2 過程與方法 過程與方法 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí) 學(xué)會(huì)通過建立坐標(biāo)系 描點(diǎn) 連線 尋找一些量之間的變化關(guān)系 3 3 情感 態(tài)度與價(jià)值觀 情感 態(tài)度與價(jià)值觀 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí) 感受探究過程中避繁就簡(jiǎn) 的方法選擇 培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力 教材分析 1 重點(diǎn) 重點(diǎn) 探究思路 功與速度變化的關(guān)系 2 難點(diǎn)難點(diǎn) 圖像法尋求功與速度變化的關(guān)系 課前復(fù)習(xí)課前復(fù)習(xí) 前面學(xué)習(xí)了兩種功能關(guān)系 重力做功引起重力勢(shì)能的變化 并且確立了重力勢(shì)能的表達(dá)式 彈簧彈力做功引起彈性勢(shì)能的變化 并且確立了彈性勢(shì)能的表達(dá)式 接下來(lái)兩節(jié) 我們研究另一種功能關(guān)系即合力做功與動(dòng)能的關(guān)系 新課講授新課講授 視屏播放 視屏播放 射箭 龍卷風(fēng) 雪崩等自然界中體現(xiàn)動(dòng)能能量引起強(qiáng)烈震撼的 音像視屏 激發(fā)起學(xué)生探究的欲望和熱情 動(dòng)能與速度有密切的關(guān)系 要探究功與動(dòng)能的關(guān)系 先來(lái)探究功與速度的 關(guān)系 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)探究橡皮筋對(duì)小車做功與小車速度的關(guān)系 2 二 實(shí)驗(yàn)原理 1 探 究 思 路 1 測(cè)量橡皮筋對(duì)小車做的功W 2 測(cè)量由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度v 3 數(shù)據(jù)處理 尋找W與v的關(guān)系 2 探究的技巧 1 測(cè)量橡皮筋對(duì)小車做的功 W 問題 a 橡皮筋對(duì)小車做的功如何測(cè)量 F 為變力 做的功很難測(cè)量 問題 b 探究過程中 我們是否需要測(cè)出橡皮筋做功的具體數(shù)值 措施 設(shè)法讓橡皮筋每次對(duì)小車做的功分別為 W 2W 3W 問題 c 每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度有什么要求 三 實(shí)驗(yàn)器材 橡皮筋橡皮筋 小車小車 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 木板木板 鐵釘鐵釘 四 實(shí)驗(yàn)步驟 1 按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材 把木板稍微傾斜 平衡阻力 平衡摩擦力 使木板稍微傾斜 用重力的分力來(lái)平衡小車運(yùn)動(dòng)過程 中受到的阻力 mg F FN F F2 F1 一端墊高 使重力沿斜面的分力與摩擦力平衡一端墊高 使重力沿斜面的分力與摩擦力平衡 2 先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn) 把橡皮筋拉長(zhǎng)到一定的位置 理好紙帶 接 通電源 釋放小車 3 換用紙帶 改用 2 條 3 條 同樣的橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 保持每次實(shí) 驗(yàn)中橡皮筋拉長(zhǎng)的長(zhǎng)度相同 4 由紙帶算出小車獲得的速度 把小車第一次獲得的功計(jì)為 W 第 2 次 第 3 次 計(jì)為 2W 3W 5 對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行估算 大致判斷兩個(gè)量可能的關(guān)系 然后以 W 為縱坐標(biāo) v v2 或其它 為橫坐標(biāo)作圖 3 五 數(shù)據(jù)記錄 x x cmcm t st sv vv v2 2v v3 3 W W 0 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 六 數(shù)據(jù)處理 W O W 2 O W 3 O W O 4 教師演示實(shí)驗(yàn) 第四步由老師與兩個(gè)學(xué)生共同完成 第五步由學(xué)生完成 第六步由教師用 excel 完成 實(shí)驗(yàn)結(jié)論由學(xué)生完成 探究實(shí)驗(yàn)結(jié)論 七 注意事項(xiàng) 1 在長(zhǎng)木板上 小車 鐵釘 打點(diǎn) 電火花 計(jì)時(shí)器的位置應(yīng)調(diào)整適當(dāng) 保 證打在紙帶上的點(diǎn)多一些 2 平衡摩擦力時(shí) 可使木板略微傾斜 作為補(bǔ)償 3 用質(zhì)量稍大的小車 或可加砝碼 以保證打出的點(diǎn)更多 便于處理 4 紙帶上的點(diǎn)并不是均勻的 應(yīng)該選用點(diǎn)跡均勻的部分來(lái)確定小車的速度 八 課堂小練 1 本節(jié)是一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn) 探究的目的是 A 探究力與物體運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系 B 探究力與物體運(yùn)動(dòng)加速度的關(guān)系 C 探究力對(duì)物體做功與物體加速度變化 的關(guān) 系 D 探究力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系 2 在本實(shí)驗(yàn)中 小車在運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力作用 這樣 在小車沿木板滑行的 過程中 除橡皮筋對(duì)其做功以外 還有阻力做功 這樣便會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)誤差 我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中想到的辦法是 使木板略微傾斜 對(duì)于木板的傾斜程度 下面說 法正確的是 A 木板只要稍微傾斜一些即可 沒有什么嚴(yán)格的要求 5 B 木板的傾斜程度在理論上應(yīng)滿足下列條件 即重力使物體沿斜面下滑的分 力應(yīng)等于小車受到的阻力 C 如果小車不受拉力時(shí)在滑行的木板上能做勻速運(yùn)動(dòng) 這木板的傾斜程度是 符合要求的 D 其實(shí)木板不傾斜 問題也不大 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)總是存在誤差的 九 板書設(shè)計(jì) 一 目的一 目的 二 原理 二 原理 W W V V 的關(guān)系 的關(guān)系 三 器材三 器材 四 步驟四 步驟 五 數(shù)據(jù)記錄五 數(shù)據(jù)記錄 六 數(shù)據(jù)處理六 數(shù)據(jù)處理 七 注意事項(xiàng)七 注意事項(xiàng) 6 二 新課教學(xué)二 新課教學(xué) 師提問 我們得出重力勢(shì)能表達(dá)式是通過探究重力做功得出的 得出彈 性勢(shì)能表達(dá)式是通過探究彈力做功得出的 那么標(biāo)題中要探究的功是什么力的 功 為什么 教師引導(dǎo)他們說出理由 并由其他同學(xué)點(diǎn)評(píng) 最后形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí) 是合力 功 因?yàn)楹狭Q定了加速度 加速度是跟速度變化有關(guān)的 師提問 求速度變化 要先測(cè)出速度 我們最熟悉的實(shí)驗(yàn)室中測(cè)速度的 方法是什么 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 師提問 那么請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)出一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案 能夠探究合力的功與物體速度變 化的關(guān)系 先說需要什么器材 在說明怎樣安裝器材 經(jīng)過討論 歸納 整理得出如圖所示實(shí)驗(yàn)方案 師 下面我們分別解決以下幾個(gè)問題 教師板書 怎樣求合力功 7 怎樣求速度改變量 師提問 怎樣求小車受的合力 1 引導(dǎo)出要甩掉摩擦力這個(gè)麻煩 只讓繩拉力為合外力 該怎么辦 逐步引導(dǎo)出平衡摩擦力 怎樣平衡 怎樣判斷出角度是否合適 2 拉力的大小怎么辦 是否就等于鉤碼重力 經(jīng)過討論或者推導(dǎo)證明 得出拉力小于鉤碼重力 雖然可以計(jì)算出拉力大小 但為了減輕實(shí)驗(yàn)負(fù)擔(dān) 就 近似認(rèn)為鉤碼重力等于繩子拉力 條件是鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量 師提問 怎樣得出位移 引導(dǎo)出在紙帶上確定始 末兩點(diǎn) 用尺子測(cè)量出位移大小 師提問 怎樣確定始 末速度 引導(dǎo)得出用中間時(shí)刻瞬時(shí)速度等于全程的平均速度得出 師 剛才設(shè)計(jì)出的方案涉及到的問題我們?cè)诒匦?1 中已經(jīng)解決 現(xiàn)在想 用如圖所示的方案探究合力功與小車速度變化關(guān)系 以上問題如何解決 1 引導(dǎo)出為使橡皮筋拉力成為合力 平衡摩擦力的方法與前面一樣 2 拉力大小如何確定 有些學(xué)生指出皮筋的勁度可以測(cè)出 再由形變 量得出拉力 再求合力 引導(dǎo)提問 目的是求拉力還是求拉力的功 發(fā)現(xiàn)拉力 為變力 求功不好求 引導(dǎo)上節(jié)課彈簧彈力也是變力 但我們成功地求出了功 8 求皮筋這個(gè)變力的功能使用彈簧變力功的方法嗎 學(xué)生回答能用除以 2 求平均 力或者分割 求和 逼近的微積分方法 教師引導(dǎo)提問 彈簧變力的功之所以 能用上述方法是因?yàn)閯哦?k 恒定 拉力 F 與形變量 L 成正比 或說拉力 F 隨形 變量 L 的變化均勻增大 橡皮筋有這個(gè)特點(diǎn)嗎 即勁度 k 恒定不恒定 學(xué)生回 答不出可引導(dǎo) 化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的膠皮管或者醫(yī)用膠皮管 靜脈取血 拉長(zhǎng)后有什 么變化 學(xué)生能回答出變細(xì)了 逐步引導(dǎo)出勁度系數(shù)變化了 3 拉力是變力 而且勁度系數(shù)也變 怎樣變也不知 彈簧變力功的方 法用不了了 畫不出 F L 圖像 那怎么求皮筋做的功 由于教師一直在問怎樣求皮筋這個(gè)變力的功 學(xué)生的思維一定沿著要求 出功的方向 因此至此陷入困境 師 我們?cè)谔骄考铀俣扰c力 質(zhì)量關(guān)系時(shí)用過一種方法 不需要求出加 速度具體值 也不需要求出力的具體值 只要知道兩次實(shí)驗(yàn)中力的比值和加速 度的比值 就可以得出加速度與力的關(guān)系 現(xiàn)在我們要討論功與速度變化的關(guān) 系 能用類似的辦法嗎 若學(xué)生仍沒有受到啟發(fā) 接著引導(dǎo) 非要算出功的具 體值嗎 再用實(shí)物引導(dǎo) 展示并說明 有許多條相同的橡皮筋 若學(xué)生還是 不能提出正確方案 可以直接告知 如果我們做兩次實(shí)驗(yàn) 知道這兩次實(shí)驗(yàn) 中功的倍數(shù)關(guān)系 還知道兩次實(shí)驗(yàn)中速度的倍數(shù)關(guān)系 不也可以看出功與速度 變化的關(guān)系嗎 進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生得出 第一次用一條橡皮筋 第二次用兩 條橡皮筋 師 這種巧妙的方法在物理學(xué)史上是有先例的 用幾句話簡(jiǎn)單介紹 庫(kù)侖如何解決電量大小的問題的 師 功的問題已經(jīng)解決 那么初位置與初速度 末位置與末速度的問題 呢 師提問 還能不能從紙帶上任意找兩個(gè)點(diǎn)作為初 末位置呢 若學(xué)生做 不出判斷可進(jìn)一步問 關(guān)鍵是找到的這兩點(diǎn)的速度怎樣得出 還能用中間時(shí)刻 瞬時(shí)速度等于全程的平均速度的方法得出嗎 學(xué)生很自然地發(fā)現(xiàn)是變加速 此 法不通 再進(jìn)一步問那應(yīng)該怎樣選始末點(diǎn) 學(xué)生容易確定初始點(diǎn)選在頭一個(gè)點(diǎn) 好 因?yàn)檫@樣初速為零 但對(duì)終了點(diǎn)不能確定 教師引導(dǎo)提問 小車加速過程 中皮筋伸長(zhǎng)量逐漸恢復(fù) 到原長(zhǎng)后小車如何運(yùn)動(dòng) 學(xué)生容易答出勻速 紙帶上 點(diǎn)間隔均勻 從而可用點(diǎn)間距除以時(shí)間間隔得到勻速速度 從而解決末速度問 題 末位置無(wú)所謂 反正也用不上位移 關(guān)鍵是末速度 9 師 解決了以上的實(shí)驗(yàn)原理問題 在做實(shí)驗(yàn)以前 大家再討論 為提高 實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性 實(shí)驗(yàn)中要注意什么 學(xué)生發(fā)表許多意見 老師注意引導(dǎo)大家自評(píng) 互評(píng)得出大家都同意的幾 點(diǎn) 如對(duì)橡皮筋的要求 各條橡皮筋保證完全一樣 且勁度系數(shù)適當(dāng) 實(shí)驗(yàn)時(shí) 還不能超過彈性限度 對(duì)小車每次釋放的位置要一樣等 師 若實(shí)驗(yàn)總共做 6 次 得到 W v1 2W v2 3W v3 怎樣處 理這些數(shù)據(jù) 從而得到結(jié)論呢 引導(dǎo)得出用圖像法好 可進(jìn)一步問畫什么圖 學(xué)生很容易回答出 W v 圖 追問若是直線是什么意思 W 與 v 成正比 曲線是什么意思 學(xué)生幾乎都回答 拋物線 得出 W 與 v2正比 因?yàn)閷W(xué)生接觸過的曲線基本上只有拋物線 所以容 易以偏蓋全 可直接告知曲線不一定都是拋物線 即 W 不一定與 v2成正比 即 由曲線是得不出結(jié)論的 引導(dǎo)出要多畫出幾種如 W v2關(guān)系圖 W v3關(guān)系圖 W 關(guān)系圖等 用嘗試法尋找結(jié)論 師 圖像自己用坐標(biāo)紙畫嗎 學(xué)生容易得出用 excel 軟件 因?yàn)樵诒匦?1 時(shí)用過 教師可用以前的數(shù)據(jù)組織學(xué)生復(fù)習(xí)用 excel 作圖的方法 三 課堂小結(jié)三 課堂小結(jié) 師 以上實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)