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1、7.6 实验:探究功与速度变化的关系教学目标一、知识与技能1会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。2学习利用物理图像探究功与物体速度变化的关系。二、过程与方法通过用纸带与打点计时器来探究功与速度变化的关系,体验知识的探究过程和物理学的研究方法。三、情感、态度与价值观通过实验探究,体会学习的快乐,激发学习的兴趣;通过亲身实践,树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。教学重点学习探究功与速度变化关系的物理方法,并会利用图像法处理数据。教学难点实验数据的处理方法图像法。教学方法实验观察法、图像法、迁移法。教具准备长木板,橡皮筋(若干),小车,打点计时器(带纸带、复写纸等),计算机等。教学过程
2、一、导入新课前面几节课研究了重力做功与重力势能变化之间的关系,从而确立了重力势能的表达式。探究了弹力做功与弹性势能的关系,从而确立了弹性势能的表达式。这一节和下一节我们来探究功与物体动能的关系。我们知道物体的动能和速度有关,我们还不能马上研究力对物体做的功和动能的关系,我们先来研究力对物体做的功和速度变化的关系。二、新课教学(一)探究的思路如图所示:1. 设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W2. 由纸带和打点计时器分别测出小车获得的速度v1、v2、v33. 以橡皮筋对小车做的功为纵坐标(以第一次实验时的功W为单位),小车获得的速度为横坐标,作出W-v曲线。4. 如果W-v曲线是一条直线
3、,表明Wv;如果不是直线,可着手考虑是否存在下列关系:Wv2、Wv3、W5. 根据W-v草图,大致判断两个量可能是什么关系。如果认为很可能是Wv2,就做出W-v2曲线,如果这条曲线是一条直线,就可以证明你的判断是正确的。(二)操作与作图技巧1. 小车运动中会受到阻力,可以采用什么方法进行补偿?可以采用平衡摩擦力的方法。具体操作是:使木板略微倾斜,将小车(车后拴纸带)放到木板上,轻推小车,小车运动,观察纸带的点距。调节木板的倾角,观察纸带的点距,直到点距相等,表明恰平衡摩擦力(若用气垫导轨,调节导轨的倾角,若挡光条遮光的时间通过数字毫秒计显示时间相等,即恰平衡摩擦力)。(2)探究中,我们是否需要
4、橡皮筋做功的具体数值?不需要。因为实验是以倍增的思想方法设计,若橡皮筋第一次做功为W,则橡皮筋第二次做功为2W,橡皮筋第n次做功为nW。且实验巧妙地将倍增的物理方法应用于变力做功。(三)数据的处理教师活动:提出问题,让学生思考,回答。问题:1.对于实验所得到的数据,我们如何处理?2.描绘图像时我们应注意哪些问题?学生分析、思考、回答。师生互动:学生回答,教师点评,引导。明确:1.将得到的一组(W,v)值描点于W-v坐标平面内,从点的分布情况来大致判断应该是什么样的曲线,然后分别试探画出W与v、W与v2、W与v3、W与之间的图像。因为直线关系最容易判断两个物理量的关系,所以通过试探,找出哪一组是
5、正比关系,最后确定功与速度的最终关系,也可借助计算机来进行分析、整理。2.数据处理同样体现了探究问题的思路,在W-v坐标系中描绘出W、v的各对应点后,既要观察各点的位置关系,又要思考这些点之间应有的函数关系。由于实验误差,这些点的位置有可能表现为直线分布,也可能表现为曲线分布。一般呈直线分布的原因是由于橡皮筋的拉力较大,小车的速度比较大,加之实验次数少,所取的点数也少,使W、v各对应点近似成线性分布。可以从两方面解决:在小车上加砝码,增大小车质量,使小车速度不致过快;另外在画图时加大纵坐标的单位长度。从原点O开始描绘图线也可以避免画成直线。画图线时应画成平滑的曲线,不能连成折线;在画直线时应尽
6、可能使点落在直线上,不能落在直线上的点应均匀分布在直线的两侧,如图甲、乙所示。数据采集示例:1. 采集橡皮条分别为一根、两根、六根时的数据(匀速运动阶段,例如在0.1s内的位移),记在自己设计的表格中。2. 记录数据的方式示例示例一 数据关系123456W/J123456X/mX1X2X3X4X5X6v/m/sv1v2v3v4v5v6示例二 倍数关系123456W/J123456X/mX1X2X3X4X5X6v/m/sv(X2/X1)v(X3/X1)v(X4/X1)v(X5/X1)v(X6/X1)v结论:功与速度的平方成正比。(本实验为便于探究,设初速度为零。)课堂小结 通过本节探究实验,我们学会了一种巧妙的方法:橡皮筋的弹力做功不便于用公式来计算,然而改变橡皮筋的条数,保持小车相同的运动距离,则弹力功的大小与橡皮筋的条数成正比。实验过程影响实验结果的原因主要是平衡摩擦是否恰当。轻推小车,恰好做匀速直线运动才可以通过对数据的处理得知Wv2。三、布置作业书写实验报告。