大00人教版必修二;第七章機(jī)械能守恒定律《第6節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系》導(dǎo)學(xué)案

1、7.6實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系導(dǎo)學(xué)案總課題機(jī)械能守恒疋律總課時(shí)1課時(shí)課題探究做功與速度變化的關(guān)系課型新授課教學(xué)核心素養(yǎng)【核心知識(shí)】(1) 學(xué)會(huì)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度，會(huì)用DISIab系統(tǒng)分析、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并能獨(dú)立總結(jié)出功與速度變化的關(guān)系。(2) 學(xué)習(xí)利用物理圖像研究究功與物體速度變化的關(guān)系，掌握“化曲為直”的作圖技巧?！竞诵哪芰Α?1) 通過(guò)本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)理論分析與論證的過(guò)程，使學(xué)生受到理性思維的訓(xùn)練。(2) 通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生上臺(tái)操作展示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、總結(jié)規(guī)律，使他們掌握科學(xué)探究的方法及“化曲為直”的作圖技巧，體會(huì)科學(xué)探究的方法。【科學(xué)品質(zhì)】(

2、1) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，經(jīng)歷討論與交流，培養(yǎng)學(xué)生的語(yǔ)言表述能力和團(tuán)結(jié)合作的學(xué)習(xí)精神(2) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)和動(dòng)手實(shí)踐能力，并讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)探究的快樂，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度。教學(xué)重點(diǎn)1、探究功與速度變化關(guān)系中實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。2、學(xué)習(xí)探究功與物體速度變化的關(guān)系的物理方法倍增法，并會(huì)利用圖像法處理數(shù)據(jù)。教學(xué)難點(diǎn)1、如何消除摩擦力做功的影響？2、如何測(cè)定變力做功？3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法一一圖像法導(dǎo)學(xué)過(guò)程學(xué)生討論教師補(bǔ)充內(nèi)容或錯(cuò)題訂正任務(wù)一回憶舊知【知識(shí)鏈接】1復(fù)習(xí)必修一第二章實(shí)驗(yàn)“1實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”，知道怎樣通過(guò)紙帶求小車的瞬時(shí)速度的方法。2、復(fù)習(xí)必修一第四章

3、實(shí)驗(yàn)“2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”中的參考案例二，知道怎樣平衡摩擦力及得到小車合力的方法。【學(xué)習(xí)過(guò)程】思考1：前面我們已經(jīng)定量研究了哪幾種能量？它們都是怎樣得出表達(dá)式的？它們與對(duì)應(yīng)力的功有什么關(guān)系？任務(wù)二討論交流思考2：我們得出重力勢(shì)能表達(dá)式是通過(guò)探究重力做功得出的，得出彈性勢(shì)能表達(dá)式是通過(guò)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?提問(wèn)1: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？思考3：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，當(dāng)初速度為零時(shí)，若我們可以作出“功與速度n次方的線性關(guān)系”圖像時(shí)我們就比較方便研究。tW5W

4、4W3W由重力提供牽引力使木板略微傾斜，將小車（車后拴紙帶）放至"木板上，一輕推小車使小車運(yùn)動(dòng)，觀察紙帶的點(diǎn)間距。調(diào)節(jié)木板的傾角，觀察紙帶的點(diǎn)間距，直到點(diǎn)間距相等，表明恰好平衡摩擦力。在圖1的方案中，假設(shè)小車質(zhì)量M重物質(zhì)量m小車的摩擦力已經(jīng)平衡。嘗試?yán)门ｎD第二定律求解繩子的拉力f與重物的重力mg的關(guān)系，并如何讓功成整數(shù)倍的增加？（1）有哪幾種方法？（2）具體如何操作？（3）需要哪些器材？（4）應(yīng)該注意什么？（結(jié)合教材70頁(yè)參考案例一，小組討論、經(jīng)過(guò)討論、歸納、整理得出實(shí)驗(yàn)方案）提問(wèn)2：下面我們要解決的問(wèn)題：怎樣求合力功？怎樣求速度改變量？思考4：怎樣求小車受的合力？（注意要甩掉摩擦

5、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？思考5：怎樣得出位移?思考6:怎樣確定始、末速度?剛才設(shè)計(jì)出的方案涉及到的問(wèn)題我們?cè)诒匦?中已經(jīng)解決，現(xiàn)在想用如圖所示的方案（教材70頁(yè)參考案例二）探究合力功與小車速度變化關(guān)系，以上問(wèn)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?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？（提示：我們?cè)谔骄考铀俣扰c力、質(zhì)量關(guān)系時(shí)用過(guò)一種方法，不需要求出加

6、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？）4.初位置與初速度，末位置與末速度的問(wèn)題如何解決?說(shuō)明什么情況下可以近似用mg代表F5、各次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的伸長(zhǎng)量必須相同。若使小車在橡5. 解決了以上的實(shí)驗(yàn)原理問(wèn)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？6. 若實(shí)驗(yàn)總共做6次，得到（W、vi）（2W、V2）（3W、V3）怎樣處理這些數(shù)據(jù)，從而得到結(jié)論呢？任務(wù)三小組設(shè)計(jì)探究方案實(shí)驗(yàn)方案（畫出實(shí)驗(yàn)方案示意圖）實(shí)驗(yàn)步驟：記錄數(shù)據(jù)（設(shè)計(jì)表格）：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：皮筋的變力

7、作用下產(chǎn)生的位移相同，就要有相同的運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)。具體方法是：以第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)小車前（或后）端的位置為基準(zhǔn)，垂直運(yùn)動(dòng)方向在木板上作出一條水平線。以后改變橡皮筋的條數(shù)時(shí)，小車前（或后）端仍以此位置為基準(zhǔn)（均從靜止）運(yùn)動(dòng)。學(xué)生的方案:一、方案一借助恒力做功探究功與速度變化的關(guān)系1. 原理由鉤碼通過(guò)滑輪牽引小車，當(dāng)小車的質(zhì)量比鉤碼大得多時(shí)，可以把鉤碼所受的當(dāng)作小車受到的牽引力如圖1所示.圖1改變鉤碼的質(zhì)量或者改變小車運(yùn)動(dòng)的,也就改變了牽引力做的功，從而探究牽引力做的功與小車獲得的速度間的關(guān)系.2. 實(shí)驗(yàn)步驟(1) 按如圖1所示安裝好實(shí)驗(yàn)儀器.(2) 平衡摩擦力：將安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的長(zhǎng)木板的一端墊高，讓紙帶穿

8、過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連在小車后端，不掛鉤碼，接通電源，輕推小車，直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出間隔均勻的點(diǎn)為止.(3) 在小車中放入砝碼，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車后端，用細(xì)線繞過(guò)滑輪連接小車和鉤碼.(4) 將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，先接通電源，再釋放小車，小車運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源.(5) 改變鉤碼的數(shù)量，更換紙帶重復(fù)(4)的操作.3. 數(shù)據(jù)處理(1) 選取點(diǎn)跡清晰的紙帶，選紙帶上第一個(gè)點(diǎn)及距離第一個(gè)點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)，并依次標(biāo)上0、1、2、3.測(cè)出0到點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3的距離，即對(duì)應(yīng)的小車的位移X1、X2、X3，利用公式Vn=XE岔XnT求出點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度V1、V2、V3.確定此

9、紙帶所掛的鉤碼的重力G,利用Wn=GXn，分別求出小車的位移為X1、X2、X3時(shí)牽引力所做的功W1、W2、W3.(4)先對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，或作W-v草圖，大致判斷兩個(gè)量可能的關(guān)系，如果認(rèn)為是Wxv2(或其他),然后以W為縱坐標(biāo)，v2(或其他)為橫坐標(biāo)作圖，從而判定結(jié)論.4. 注意事項(xiàng)(1) 平衡摩擦力時(shí)，不掛鉤碼，輕推小車后，小車能做勻速直線運(yùn)動(dòng).(2) 計(jì)算牽引力做功時(shí)，可以不必算出具體數(shù)值，只用位移的數(shù)值與符號(hào)G的乘積表示即可.、方案二把裝置改為“探究自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律”的裝置來(lái)完成，這樣就避免了平衡摩擦力。1. 原理：利用重力是恒力，探究重力做的功與小車獲得的速度間的關(guān)系.2. 實(shí)驗(yàn)步驟

10、(1) 按圖把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與學(xué)生電源連好。(2) 把紙帶的一端在重錘上用架子固定好，另一端穿過(guò)計(jì)時(shí)器限位孔，用手豎直提起紙帶使重錘停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。(3) 接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后松開紙帶，讓重錘帶著紙帶自由下落.(4) 重復(fù)幾次，得35條紙帶。3. 數(shù)據(jù)處理(1) 在打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰且第1、2點(diǎn)之間的距離約為2mm的一條紙帶，在起始點(diǎn)標(biāo)上0，以后各依次標(biāo)上1、2、3.用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)高度h1、h2、h3應(yīng)用公式Vnhn1計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度v1、V2、V3(3) 確定此紙帶所掛的重物的重力G,利用Wn=Ghn，分別求出重物下落高度為h1、h

11、2、h3時(shí)重力所做的功W1、W?、W3.(4) 先對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，或作W-v草圖，大致判斷兩個(gè)量可能的關(guān)系，如果認(rèn)為是Wxv2(或其他),然后以W為縱坐標(biāo)，v2(或其他)為橫坐標(biāo)作圖，從而判定結(jié)論.4.注意事項(xiàng)(1) 實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝，兩紙帶限位孔必須在同一豎直線上，以減少摩擦力.(2) 實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作正常后才松開紙帶讓重錘下落.以保證第一點(diǎn)是一個(gè)清晰的點(diǎn).(3) 電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須接50Hz交流220V電源.(4) 必須保留紙帶上打出點(diǎn)跡的第一點(diǎn)，且第1、2點(diǎn)間距約為2mm的紙帶誤差小。(5) 測(cè)量下落高度h時(shí)，應(yīng)從起始點(diǎn)算起。為減小h的相對(duì)誤差，選取的

12、計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)些，紙帶也不宜過(guò)長(zhǎng)，有效長(zhǎng)度可在60cm80cm.、方案三借助橡皮筋變力做功探究功與速度變化的關(guān)系1. 原理使小車在橡皮筋的作用下彈出，如圖3所示.圖3改變橡皮筋的條數(shù)，橡皮筋對(duì)小車做的功分別是一條橡皮筋做功時(shí)的相應(yīng),測(cè)出小車被彈出后的速度，能夠找到橡皮筋對(duì)小車做的功與小車速度的關(guān)系.2. 實(shí)驗(yàn)步驟(1) 按如圖2所示安裝實(shí)驗(yàn)儀器.(2) 平衡摩擦力.第一次先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出小車獲得的速度vi，設(shè)此時(shí)橡皮筋彈力對(duì)小車做的功為W,并將測(cè)得的數(shù)據(jù)記入表格.換用2條、3條、4條同樣的橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，并使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都和第一次相同，測(cè)出V2、V3、V4，橡

13、皮筋對(duì)小車做功分別為2W、3W、4W，將數(shù)據(jù)記入表格.3. 數(shù)據(jù)處理(1)速度數(shù)值的獲得：實(shí)驗(yàn)獲得的是如圖3所示的紙帶，為探究橡皮筋彈力做功與小車速度的關(guān)系，需要測(cè)量的是彈力做功結(jié)束時(shí)小車的速度，即小車做勻速運(yùn)動(dòng)的速度.所以，應(yīng)該在紙帶上測(cè)量的物理量是圖中間隔均勻的點(diǎn)Ai、A3間的距離X,小車此時(shí)速度的表達(dá)式為XV=2T，其中T是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期.U*A,A圖3計(jì)算橡皮筋彈力對(duì)小車做的功分別為W、2W、3W時(shí)對(duì)應(yīng)的v、v2、v3、.v的數(shù)值，填入表格W2W3W4W5Wvv2v3逐一與W的一組數(shù)值對(duì)照，判斷W與v、v2、v3、;'v、的可能關(guān)系或嘗試著分別畫出W與v、W與v2、W與v3、W與,v間關(guān)系的圖象，找出哪一組的圖象是直線，從而確