【同步備課】2020年高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)(新人教必修二)7.6《實(shí)驗(yàn)：探究功與物體速度變化的關(guān)系》2

6試驗(yàn):探究功與速度變化的關(guān)系整體設(shè)計(jì)各種力做功都與其對(duì)應(yīng)的某種能量有關(guān)系,爭(zhēng)辯出它們的關(guān)系,就能確立相應(yīng)能量的表達(dá)式.例如通過重力做功確立了重力勢(shì)能的表達(dá)式,通過彈力做功確立彈性勢(shì)能的表達(dá)式.動(dòng)能是物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能,物體的動(dòng)能與它的速度親密相關(guān),而物體速度的變化與它受的力有關(guān),當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)而發(fā)生位移時(shí),它所受的力又會(huì)做功,因此力對(duì)物體做的功與物體速度變化有親密的關(guān)系.本節(jié)課就是探究功與速度變化的關(guān)系,為下一節(jié)動(dòng)能的學(xué)習(xí)作預(yù)備.本節(jié)是一節(jié)探究試驗(yàn)課.在進(jìn)行試驗(yàn)探究、收集數(shù)據(jù)時(shí),需要考慮什么是有價(jià)值的數(shù)據(jù),用什么方法來獲得數(shù)據(jù),以及如何證明這些數(shù)據(jù)是牢靠的.在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),操作應(yīng)規(guī)范;在收集數(shù)據(jù)時(shí),應(yīng)實(shí)事求是,堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度.對(duì)試驗(yàn)所得到的結(jié)論要會(huì)推斷是否科學(xué),推斷的標(biāo)準(zhǔn)就是看其是否具有重復(fù)性,即不論由哪位同學(xué)來做這個(gè)試驗(yàn),也不論做幾次,在允許的誤差范圍內(nèi)結(jié)果都應(yīng)當(dāng)是相同的.過去我們強(qiáng)調(diào)的試驗(yàn),主要所指為操作技能,現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)的試驗(yàn),除了操作技能外,期望同學(xué)更加重視試驗(yàn)中的科學(xué)思想與技能的學(xué)習(xí).比如在探究功與速度變化的關(guān)系時(shí),并不需要計(jì)算功的具體數(shù)值,緣由是什么?在探究之前,要重點(diǎn)把握本試驗(yàn)中的探究方法.另外用圖象處理數(shù)據(jù)比較形象、直觀,而且誤差也小,所以這種方法必需能夠嫻熟應(yīng)用.教學(xué)重點(diǎn)學(xué)習(xí)探究功與速度變化關(guān)系的物理方法,并會(huì)利用圖象法處理數(shù)據(jù).教學(xué)難點(diǎn)1.試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法——圖象法.2.試驗(yàn)過程中的規(guī)范操作.課時(shí)支配1課時(shí)三維目標(biāo)學(xué)問與技能1.會(huì)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.2.學(xué)習(xí)利用物理圖象探究功與物體速度變化的關(guān)系.過程與方法1.通過紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來探究功與速度的關(guān)系，體驗(yàn)探究過程和物理學(xué)的爭(zhēng)辯方法.2.實(shí)際探究過程中如何把變力做功這個(gè)問題解決.情感態(tài)度與價(jià)值觀1.體驗(yàn)探究的困難，享受成功的樂趣.2.通過試驗(yàn)探究，體會(huì)學(xué)習(xí)的歡快，激發(fā)學(xué)習(xí)的愛好；通過親身實(shí)踐，樹立“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)觀.課前預(yù)備小車(前面帶小鉤),長(zhǎng)木板(兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶?duì)稱位置釘兩個(gè)釘子),橡皮筋(5—6條),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及電源、紙帶等.教學(xué)過程導(dǎo)入新課情景導(dǎo)入情境1如圖所示,奧運(yùn)會(huì)上,某射箭運(yùn)動(dòng)員拉弓射箭,箭在彈力作用下,獲得很大速度射出去.情境2如下圖所示,行駛中的汽車,因前方有路障而緊急剎車,汽車在阻力作用下漸漸停下來.以上兩種情境有何共同特點(diǎn)?復(fù)習(xí)導(dǎo)入復(fù)習(xí)舊知：1.重力做功與重力勢(shì)能:重力做功與路徑無關(guān).重力勢(shì)能是物體和地球這個(gè)系統(tǒng)所共有的,具有相對(duì)性.重力做功等于重力勢(shì)能增量的相反數(shù),即WG=-ΔEp=mgh1-mgh2.2.彈力做功與彈性勢(shì)能發(fā)生彈性形變的物體各部分之間存在彈性勢(shì)能,和重力勢(shì)能一樣,彈性勢(shì)能也具有相對(duì)性.利用類比和無限分割再累積的方法可以推得彈性勢(shì)能的表達(dá)式.彈性勢(shì)能的轉(zhuǎn)變與彈力做功有關(guān)：W彈=-ΔEp=力對(duì)物體做功與動(dòng)能確定有關(guān)系,而動(dòng)能與速度直接對(duì)應(yīng),本節(jié)課我們來探究功與速度變化的關(guān)系.問題導(dǎo)入“在很早的時(shí)候人們就生疏到,要想使物體運(yùn)動(dòng)是要付出代價(jià)的”,在現(xiàn)實(shí)生活中我們也經(jīng)常遇到這樣的例子:要想使汽車運(yùn)動(dòng)起來是要消耗汽油的;要想使火箭獲得一個(gè)很大的速度,從而飛向太空,這同樣要消耗大量的燃料;要想使鉛球、鐵餅等物體獲得初速度從而把它們投擲出去,這也需要運(yùn)動(dòng)員耗費(fèi)大量的體力.以上各種現(xiàn)象中,要使物體獲得的速度越大,需要付出的代價(jià)也越高.這說明白什么物理問題.推動(dòng)新課一、探究的思路問題探究1.閱讀課文,說出該探究試驗(yàn)的目的、試驗(yàn)所需要的器材及試驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路.2.課本中利用不同數(shù)目的橡皮筋拉動(dòng)小車做功,對(duì)此,你有何生疏?怎樣選擇橡皮筋才盡可能減小誤差?3.試驗(yàn)時(shí)為何要平衡摩擦力?如何平衡?4.試驗(yàn)中如何來測(cè)定小車的速度?如何從紙帶上分析出小車在通過B點(diǎn)時(shí)的速度?點(diǎn)評(píng)：探究學(xué)習(xí)方式特殊強(qiáng)調(diào)問題在學(xué)習(xí)過程中的重要性.強(qiáng)調(diào)通過問題來進(jìn)行學(xué)習(xí),把問題看作是學(xué)習(xí)的動(dòng)力、起點(diǎn)和貫穿于學(xué)習(xí)過程的主線.上述一連串的問題由易到難,由簡(jiǎn)到繁,由小到大,層層推動(dòng),通過問題的設(shè)置,引導(dǎo)同學(xué)學(xué)會(huì)思考分析,學(xué)會(huì)發(fā)覺問題、解決問題.同學(xué)活動(dòng):帶著問題閱讀課文,思考、溝通、解決問題,同學(xué)代表發(fā)言.師生互動(dòng):同學(xué)代表在回答問題過程中,老師賜予評(píng)價(jià)、引導(dǎo),使問題的答案精確?????、規(guī)范.試驗(yàn)探究試驗(yàn)?zāi)康模?1)通過試驗(yàn)探究力對(duì)物體做的功與物體速度變化的關(guān)系.(2)體會(huì)探究的過程和所用的方法.試驗(yàn)器材:木板、小車、橡皮筋、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及電源、紙帶等.設(shè)計(jì)思路:如圖所示(1)設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、3W……(2)由紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器分別測(cè)出小車獲得的速度v1、v2、v3……(3)以橡皮筋對(duì)小車做的功為縱坐標(biāo)(以第一次試驗(yàn)時(shí)的功W為單位),小車獲得的速度為橫坐標(biāo),作出W-v曲線.(4)假如W-v曲線是一條直線,表明W∝v;假如不是直線,可著手考慮是否存在下列關(guān)系:W∝v2、W∝v3、W∝……(5)依據(jù)Wv草圖,大致推斷兩個(gè)量可能是什么關(guān)系.假如認(rèn)為很可能是W∝v2,就做出Wv2曲線,假如這條曲線是一條直線,就可以證明你的推斷是正確的.留意事項(xiàng)：1.橡皮筋拉小車時(shí)的作用力是變力,我們不能求變力做功問題,但選用相同的橡皮筋,且伸長(zhǎng)量都一樣時(shí),橡皮條數(shù)目的關(guān)系就是做功多少的關(guān)系,因此,可以不需求出變力功的大小,就知道功的關(guān)系.2.市售的橡皮筋粗細(xì)不一,全都性差,彈力偏大.不同的橡皮筋之間的彈力差異也較大,不能滿足本試驗(yàn)的要求.而且用至少4根以上時(shí)彈力過大,使打出的紙帶點(diǎn)數(shù)過少,以致找不出小車不受力勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)所打出的點(diǎn).可選擇服裝中使用的多股橡皮筋的松緊帶,要認(rèn)真地剪成單股.3.試驗(yàn)中的小車不行避開地要受摩擦力的作用,我們爭(zhēng)辯拉力對(duì)小車做功和速度的關(guān)系,應(yīng)排解其他力的影響.可將木板的一端稍墊高,輕推小車,觀看小車是否做勻速運(yùn)動(dòng),使重力的分力與摩擦力相平衡,消退摩擦力的影響.4.(1)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來測(cè)速度;(2)用頻閃照相來測(cè)速度;(3)用傳感器借助計(jì)算機(jī)來測(cè)速度.由于試驗(yàn)器材和每次操作過程的分散性,尤其是橡皮筋不行能做到各條之間的長(zhǎng)度、粗細(xì)完全全都,使得每次轉(zhuǎn)變橡皮筋的條數(shù)以后,紙帶上反映小車勻速運(yùn)動(dòng)階段的點(diǎn)數(shù),和這些點(diǎn)的位置不肯定消滅在事先設(shè)定的B點(diǎn),可能在B點(diǎn)前后.這是由于小車在幾條橡皮筋拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)時(shí),還可能受到其中某條橡皮筋的拉力.因此對(duì)紙帶上的點(diǎn)要進(jìn)行分析,方法是比較B點(diǎn)之前及B點(diǎn)之后若干個(gè)相鄰兩點(diǎn)間的距離是否基本相同.選擇相鄰距離基本相同的若干個(gè)點(diǎn)作為小車的勻速運(yùn)動(dòng)階段,用這些點(diǎn)計(jì)算小車的速度.二、操作的技巧老師活動(dòng)：利用多媒體呈現(xiàn)問題,讓同學(xué)思考、回答.問題：1.設(shè)想若不平衡摩擦,紙帶上的點(diǎn)會(huì)是什么樣的?平衡摩擦之后,做該試驗(yàn)紙帶上的點(diǎn)又是什么樣的?2.紙帶上的點(diǎn)距并不都是均勻的,應(yīng)當(dāng)選用哪些點(diǎn)距來確定小車的速度?為什么?3.在轉(zhuǎn)變橡皮筋的條數(shù)后,為什么要把小車?yán)较嗤奈恢冕尫?不這樣做會(huì)消滅什么現(xiàn)象?同學(xué)活動(dòng):分組爭(zhēng)辯.師生互動(dòng):同學(xué)發(fā)言,老師點(diǎn)評(píng)、總結(jié).明確:1.若不平衡摩擦,小車在開頭時(shí)受橡皮筋的拈力和摩擦力.拉力漸漸變小,摩擦力不變.在兩個(gè)力相等前做加速度越來越小的加速運(yùn)動(dòng),兩力相等時(shí)速度達(dá)到最大.之后兩力的合力方向與速度方向相反,合力開頭做負(fù)功,做加速度越來越大的減速運(yùn)動(dòng),當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)后僅受摩擦力,做勻減速直線運(yùn)動(dòng).故紙帶上的點(diǎn)是兩頭密、中間疏,幾乎找不到間距相等的點(diǎn).平衡摩擦后,小車開頭做加速度越來越小的加速運(yùn)動(dòng),橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng),故點(diǎn)跡是開頭密,越來越疏,之后間距相等.2.由上述分析可知,平衡摩擦后,紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的.在小車做加速運(yùn)動(dòng)的過程中,橡皮筋還在連續(xù)對(duì)小車做功,恢復(fù)原長(zhǎng),做功完畢.小車做勻速運(yùn)動(dòng),因此我們要選擇點(diǎn)距相等的點(diǎn)來確定小車的速度.具體做法:測(cè)出點(diǎn)距相等的n個(gè)點(diǎn)間的位移x,v=.3.由上一節(jié)探究已經(jīng)知道,彈簧或橡皮筋彈性勢(shì)能為kx2.每次必需拉至相同位置,目的是保證每次試驗(yàn)每條橡皮筋的彈性勢(shì)能相同,這樣橡皮筋的條數(shù)與彈性勢(shì)能成正比,使得做的功與橡皮筋的條數(shù)成正比.隨著橡皮筋條數(shù)的增多,做功分別為W、2W、3W……若不嚴(yán)格拉至同一位置,就不滿足上述狀況,造成較大誤差.三、數(shù)據(jù)的處理老師活動(dòng)：提出問題,讓同學(xué)思考,回答.問題：1.對(duì)于試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù),我們?nèi)绾翁幚?2.描繪圖象時(shí)我們應(yīng)留意哪些問題?同學(xué)分析、思考、回答:師生互動(dòng):同學(xué)回答,老師點(diǎn)評(píng),引導(dǎo).明確:1.將得到的一組(W,v)值描點(diǎn)于W-v坐標(biāo)平面內(nèi),從點(diǎn)的分布狀況來大致推斷應(yīng)當(dāng)是什么樣的曲線,然后分別摸索畫出W與v、W與v2、W與v3、W與之間的圖象.由于直線關(guān)系最簡(jiǎn)潔推斷兩個(gè)物理量的關(guān)系,所以通過摸索,找出哪一組是正比關(guān)系,最終確定功與速度的最終關(guān)系,也可借助計(jì)算機(jī)來進(jìn)行分析、整理.2.數(shù)據(jù)處理同樣體現(xiàn)了探究問題的思路,在Wv坐標(biāo)系中描繪出W、v的各對(duì)應(yīng)點(diǎn)后,既要觀看各點(diǎn)的位置關(guān)系,又要思考這些點(diǎn)之間應(yīng)有的函數(shù)關(guān)系.由于試驗(yàn)誤差,這些點(diǎn)的位置有可能表現(xiàn)為直線分布,也可能表現(xiàn)為曲線分布.一般呈直線分布的緣由是由于橡皮筋的拉力較大,小車的速度比較大,加之試驗(yàn)次數(shù)少,所取的點(diǎn)數(shù)也少,使W、v各對(duì)應(yīng)點(diǎn)近似成線性分布.可以從兩方面解決:在小車上加砝碼,增大小車質(zhì)量,使小車速度不致過快;另外在畫圖時(shí)加大縱坐標(biāo)的單位長(zhǎng)度.從原點(diǎn)O開頭描繪圖線也可以避開畫成直線.畫圖線時(shí)應(yīng)畫成平滑的曲線,不能連成折線;在畫直線時(shí)應(yīng)盡可能使點(diǎn)落在直線上,不能落在直線上的點(diǎn)應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè),如圖甲、乙所示.老師活動(dòng):要求同學(xué)依據(jù)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路,歸納進(jìn)行試驗(yàn)的步驟.分小組進(jìn)行試驗(yàn),老師觀看同學(xué)試驗(yàn),準(zhǔn)時(shí)賜予掛念或引導(dǎo).同學(xué)活動(dòng):歸納試驗(yàn)步驟,按步驟進(jìn)行試驗(yàn).問題探究問題:爭(zhēng)辯汽車的制動(dòng)距離與車速的關(guān)系導(dǎo)思：汽車的制動(dòng)性能，是衡量汽車性能的重要指標(biāo).在一次汽車制動(dòng)性能的測(cè)試中，司機(jī)踩下剎車閘，使汽車在阻力作用下漸漸停止運(yùn)動(dòng).下表中記錄的是汽車由不同速率行駛時(shí)，制動(dòng)后所經(jīng)過的距離.汽車速率v/(km·h-1)制動(dòng)距離s/m101204401660？可以依據(jù)表中的數(shù)據(jù)，分析以下問題：1.為什么汽車的速率越大，制動(dòng)的距離也越大？2.讓汽車載上3名乘客，再做同樣的測(cè)試，結(jié)果發(fā)覺制動(dòng)距離加長(zhǎng)了.試分析緣由.3.設(shè)汽車在以60km/h的勻速率行駛的時(shí)候制動(dòng)，在表中填上（沒有乘客時(shí)的）制動(dòng)距離的近似值.試說明你分析的依據(jù)和過程.你可以運(yùn)用動(dòng)能定理列方程組解答，也可以通過分析表中的數(shù)據(jù)，找出車速v跟制動(dòng)距離s的（比例）關(guān)系，從而求出當(dāng)汽車速率為60km/h時(shí)的制動(dòng)距離.探究：以汽車為爭(zhēng)辯對(duì)象.在制動(dòng)過程中，剎車產(chǎn)生的阻力對(duì)汽車做負(fù)功，汽車制動(dòng)后的末速度是零.假設(shè)汽車制動(dòng)時(shí)的阻力不變，由動(dòng)能定理可知，汽車制動(dòng)前的初速度（初動(dòng)能）越大，制動(dòng)時(shí)阻力做的功也越多，因而制動(dòng)過程中經(jīng)過的距離也越長(zhǎng).汽車載客越多，汽車的動(dòng)能越大.因此，在制動(dòng)過程中克服阻力做功越多，沖出的距離就越長(zhǎng).當(dāng)大路上行駛的車輛意外發(fā)生碰撞時(shí)，它們的損壞程度和事故的嚴(yán)峻性跟碰撞前車輛的動(dòng)能大小有關(guān)，而車輛的動(dòng)能則取決于車輛的質(zhì)量和速度的平方.因此在大路上，尤其是在高速大路上，都有限制車速的標(biāo)志.貨車、客車的質(zhì)量較大，對(duì)它們速度大小的限制值要比轎車小一些.如高速大路對(duì)中、重型車輛和客車的車速限制一般是100km/h，對(duì)轎車一般是120km/h.有的汽車（如城市中的雙層客車）在設(shè)計(jì)時(shí)廠家就把車速限制在70km/h；當(dāng)汽車速度高于70km/h時(shí)，即使駕駛員踩油門，燃油系統(tǒng)也不會(huì)把燃油送到發(fā)動(dòng)機(jī)中，直到汽車速度低于70km/h，才會(huì)恢復(fù)供油.例關(guān)于探究功與物體速度變化的關(guān)系試驗(yàn)中,下列敘述正確的是（）A.每次試驗(yàn)必需設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車做功的具體數(shù)值B.每次試驗(yàn)中,橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度沒有必要保持全都C.放小車的長(zhǎng)木板應(yīng)當(dāng)盡量使其水平D.先接通電源,再讓小車在橡皮筋的作用下彈出解析：本試驗(yàn)沒有必要測(cè)出橡皮筋做的功到底是多少焦耳,只要測(cè)出以后各次試驗(yàn)時(shí)橡皮筋做的功是第一次試驗(yàn)時(shí)的多少倍就已經(jīng)足夠了,A錯(cuò).每次試驗(yàn)橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度必需保持全都,只有這樣才能保證以后各次試驗(yàn)時(shí),橡皮筋做的功是第一次試驗(yàn)時(shí)的整數(shù)倍,B錯(cuò).小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力,只有使木板傾斜到肯定程度,才能減小誤差,C錯(cuò).試驗(yàn)時(shí),應(yīng)當(dāng)先接通電源,讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開頭工作,然后再讓小車在橡皮筋的作用下彈出,D正確.答案：D點(diǎn)評(píng)：做試驗(yàn)前,要先了解探究的內(nèi)容、思路、方法,才能對(duì)試驗(yàn)中存在的問題進(jìn)行正確處理.例2某同學(xué)在探究功與物體速度變化的關(guān)系時(shí)得到了W與v的一組數(shù)據(jù),請(qǐng)你對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并確定W與v之間的關(guān)系.W0.001.002.003.004.005.006.00v/(m·s-1)0.000.801.101.281.531.761.89v20.000.641.211.642.343.103.57解析：以W為縱坐標(biāo),v為橫坐標(biāo),作出W-v曲線.以W為縱坐標(biāo),v2為橫坐標(biāo),作出W-v2曲線.由圖象可看出:W∝v2.點(diǎn)評(píng)：用圖象法分析兩物理量之間的關(guān)系,很直觀,也很清楚.2.設(shè)自行車無動(dòng)力