2018年高中物理必修二教案：7.6 实验：探究功与速度变化的关系

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

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、3W……

2. 由纸带和打点计时器分别测出小车获得的速度v1、v2、v3……

3. 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，表明W∝v；如果不是直线，可着手考虑是否存在下列关系：W∝v2、W∝v3、W∝v……

5. 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W∝v2，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v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 W/J X/m v/m/s

示例二 倍数关系 1 2 3 4 5 6 1 1 X1 v1 2 2 X2 3 3 X3 v3 4 4 X4 v4 5 5 6 6 X6 v6 X5 v5 v2

W/J X/m v/m/s 1 X1 v 2 X2 （X2/X1）v 3 X3 4 X4 5 6 X6 X5 （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W∝v2。

三、布置作业 书写实验报告。

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