§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 探究實驗設(shè)計思路 學(xué)習(xí)目標學(xué)習(xí)目標 1 1 知識與技能 知識與技能 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí) 學(xué)會探究功與物體速度變化關(guān)系的 方法 分為兩課時 探究實驗設(shè)計思路探究實驗設(shè)計思路與學(xué)生分組實驗學(xué)生分組實驗各一課時 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)會通過建立坐標系 描點 連線 尋找一些量之間的變化關(guān)系 3 3 情感 態(tài)度與價值觀 情感 態(tài)度與價值觀 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí) 感受探究過程中避繁就簡 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 重點 探究思路 功與速度變化的關(guān)系 2 難點難點 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能的變化 并且確立了重力勢能的表達式 彈簧彈力做功引起彈性勢能的變化 并且確立了彈性勢能的表達式 接下來兩節(jié) 我們研究另一種功能關(guān)系即合力做功與動能的關(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)動能能量引起強烈震撼的 音像視屏 激發(fā)起學(xué)生探究的欲望和熱情 動能與速度有密切的關(guān)系 要探究功與動能的關(guān)系 先來探究功與速度的 關(guān)系 一 實驗?zāi)康?實驗探究橡皮筋對小車做功與小車速度的關(guān)系 2 二 實驗原理 1 探 究 思 路 1 測量橡皮筋對小車做的功W 2 測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 測量橡皮筋對小車做的功 W 問題 a 橡皮筋對小車做的功如何測量 F 為變力 做的功很難測量 問題 b 探究過程中 我們是否需要測出橡皮筋做功的具體數(shù)值 措施 設(shè)法讓橡皮筋每次對小車做的功分別為 W 2W 3W 問題 c 每次實驗中橡皮筋拉伸的長度有什么要求 三 實驗器材 橡皮筋橡皮筋 小車小車 打點計時器打點計時器 木板木板 鐵釘鐵釘 四 實驗步驟 1 按圖裝好實驗器材 把木板稍微傾斜 平衡阻力 平衡摩擦力 使木板稍微傾斜 用重力的分力來平衡小車運動過程 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驗 把橡皮筋拉長到一定的位置 理好紙帶 接 通電源 釋放小車 3 換用紙帶 改用 2 條 3 條 同樣的橡皮筋進行實驗 保持每次實 驗中橡皮筋拉長的長度相同 4 由紙帶算出小車獲得的速度 把小車第一次獲得的功計為 W 第 2 次 第 3 次 計為 2W 3W 5 對測量數(shù)據(jù)進行估算 大致判斷兩個量可能的關(guān)系 然后以 W 為縱坐標 v v2 或其它 為橫坐標作圖 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 教師演示實驗 第四步由老師與兩個學(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 實驗結(jié)論由學(xué)生完成 探究實驗結(jié)論 七 注意事項 1 在長木板上 小車 鐵釘 打點 電火花 計時器的位置應(yīng)調(diào)整適當 保 證打在紙帶上的點多一些 2 平衡摩擦力時 可使木板略微傾斜 作為補償 3 用質(zhì)量稍大的小車 或可加砝碼 以保證打出的點更多 便于處理 4 紙帶上的點并不是均勻的 應(yīng)該選用點跡均勻的部分來確定小車的速度 八 課堂小練 1 本節(jié)是一個探究性實驗 探究的目的是 A 探究力與物體運動速度的關(guān)系 B 探究力與物體運動加速度的關(guān)系 C 探究力對物體做功與物體加速度變化 的關(guān) 系 D 探究力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系 2 在本實驗中 小車在運動中會受到阻力作用 這樣 在小車沿木板滑行的 過程中 除橡皮筋對其做功以外 還有阻力做功 這樣便會給實驗帶來誤差 我們在實驗中想到的辦法是 使木板略微傾斜 對于木板的傾斜程度 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在滑行的木板上能做勻速運動 這木板的傾斜程度是 符合要求的 D 其實木板不傾斜 問題也不大 因為實驗總是存在誤差的 九 板書設(shè)計 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 注意事項七 注意事項 6 二 新課教學(xué)二 新課教學(xué) 師提問 我們得出重力勢能表達式是通過探究重力做功得出的 得出彈 性勢能表達式是通過探究彈力做功得出的 那么標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)點評 最后形成統(tǒng)一認識 是合力 功 因為合力決定了加速度 加速度是跟速度變化有關(guān)的 師提問 求速度變化 要先測出速度 我們最熟悉的實驗室中測速度的 方法是什么 打點計時器 師提問 那么請設(shè)計出一個實驗方案 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驗方案 師 下面我們分別解決以下幾個問題 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 雖然可以計算出拉力大小 但為了減輕實驗負擔(dān) 就 近似認為鉤碼重力等于繩子拉力 條件是鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(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 用尺子測量出位移大小 師提問 怎樣確定始 末速度 引導(dǎo)得出用中間時刻瞬時速度等于全程的平均速度得出 師 剛才設(shè)計出的方案涉及到的問題我們在必修 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 能用上述方法是因為勁度 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 橡皮筋有這個特點嗎 即勁度 k 恒定不恒定 學(xué)生回 答不出可引導(dǎo) 化學(xué)實驗中的膠皮管或者醫(yī)用膠皮管 靜脈取血 拉長后有什 么變化 學(xué)生能回答出變細了 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 我們在探究加速度與力 質(zhì)量關(guān)系時用過一種方法 不需要求出加 速度具體值 也不需要求出力的具體值 只要知道兩次實驗中力的比值和加速 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 如果我們做兩次實驗 知道這兩次實驗 中功的倍數(shù)關(guān)系 還知道兩次實驗中速度的倍數(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 用幾句話簡單介紹 庫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點作為初 末位置呢 若學(xué)生做 不出判斷可進一步問 關(guān)鍵是找到的這兩點的速度怎樣得出 還能用中間時刻 瞬時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 再進一步問那應(yīng)該怎樣選始末點 學(xué)生容易確定初始點選在頭一個點 好 因為這樣初速為零 但對終了點不能確定 教師引導(dǎo)提問 小車加速過程 中皮筋伸長量逐漸恢復(fù) 到原長后小車如何運動 學(xué)生容易答出勻速 紙帶上 點間隔均勻 從而可用點間距除以時間間隔得到勻速速度 從而解決末速度問 題 末位置無所謂 反正也用不上位移 關(guān)鍵是末速度 9 師 解決了以上的實驗原理問題 在做實驗以前 大家再討論 為提高 實驗的準確性 實驗中要注意什么 學(xué)生發(fā)表許多意見 老師注意引導(dǎo)大家自評 互評得出大家都同意的幾 點 如對橡皮筋的要求 各條橡皮筋保證完全一樣 且勁度系數(shù)適當 實驗時 還不能超過彈性限度 對小車每次釋放的位置要一樣等 師 若實驗總共做 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 因為學(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 圖像自己用坐標紙畫嗎 學(xué)生容易得出用 excel 軟件 因為在必修 1 時用過 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 以上實驗的預(yù)習(xí)