高中物理第7章第6节实验探究功和速度变化的关系教案新人教版必修2.docx
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高中物理第7章第6节实验探究功和速度变化的关系教案新人教版必修2
课时24
§7.6实验：
探究功和速度变化的关系
概述（介绍本课时内容在本章中的作用，主要学习内容，具体细化的三维学习目标，重点、难点，学习本节学生的优势和不足，主要学习活动和预期学生表现性成果）
本节在本章中的作用：
在本章的前几节内容中已经掌握重力势能变化跟重力做功有紧密关系，弹簧弹性势能和弹簧弹力做功有紧密关系，已经初步树立了功是能量转化的量度的观念，既然力对物体所做的功与物体势能变化有紧密关系，那么力对物体所做的功与物体动能的改变量间存在着什么关系呢?
这是学生急待解决的问题。
引入"探究功与物体速度变化的关系"这节内容正所谓急学生所急，了解到功和速度变化的关系是为了下一节"动能和动能定理"的理论推导奠定一个认识基础，也是对前面的理论知识学习的一个缓冲，学生能通过自己亲自体会探究功和能变化之间的关系，为今后功能关系的学习埋下一个伏笔，通过本节内容的教学，也可以从今学生在学习动能定理后能比较深刻地认识到动能定理不仅在恒力做功的条件下成立，在变力做功的情况下也是成立的。
三维学习目标：
一、知识与技能
1、领会探究功与物体速度变化关系的实验设计思路，经历探究学习的体验过程。
2、理解巧妙改变做功倍数的方法。
3、知道用小车做匀速运动阶段的数据来测量速度比较合理。
4、能进行实验操作，会采集实验数据。
5、学会利用实验数据寻找w与v的关系。
二、过程与方法
1、能通过老师点拨修正好自己的实验设计思路。
2、能独立进行实验操作,会采集实验数据。
3、能够从对实验数据进行分析与处理中寻找功w与速度变化v的关系。
三、情感、态度与价值观
1、体验探究过程中遇到的困难，享受探究过程带来的成功乐趣。
2、通过实验探究，体会学习的快乐，激发学习的兴趣。
3、通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。
学习本节学生的优势和不足：
本节课围绕实验设计、实验操作与实验数据处理三个环节引导学生展开探究过程。
通过小组讨论、动手实验和实验数据处理等一系列活动激发学生主动参与的积极性和学习的热情。
这节内容是要求学生自己根据课本上两个实验方案材料去自己设计实验进行探究，存在一定的难度，教师可以通过一系列问题引领学生去思考问题，解决问题从而设计实验方案应该较好一点，学生本来对变力做功不是很了解，通过倍比来探究拓展学生的思路，开阔学生的视野。
主要学习活动：
活动1.学生观看视频，思考足球、箭矢的速度怎么获得的？
活动2.初步了解实验的目的、实验器材。
活动3.怎样处理功的问题和怎么样处理速度的问题？
活动4.处理实验前一些细节问题。
活动5.再次熟悉打点计时器的使用。
活动6.各个小组依据分发下去的实验仪器进行实验，在表格中记录数据。
活动7.设计探究功和速度变化的关系的其他实验方案。
活动8.点评学生上交的实验设计方案。
活动9.依据数据判断功和速度变化的关系。
活动10.各个小组分别作出几种图像、总结功和速度的关系。
活动11.学生思考并完成巩固练习。
预期学生表现性成果：
1.能想到物体速度变化与力做功有关.。
2.能积极思考提出的问题并较完善回答的问题。
3.能独立完成实验，并能处理在实验过程中遇到的问题。
4.能用图像法处理实验数据。
学情分析：
本节课通过前面学习的内容引出问题，从而导出新课。
引起学生的学习兴趣、探究兴趣，使学生明确我们这两节课学习目标。
如果运用恒力做功的方式来探究功与物体速度变化间的关系,可能会使学生产生审美疲劳,因为我们在"探究加速度与力、质量的关系"时已经用过这套实验装置。
现在,选择利用橡皮筋的拉力做功来探究功与物体速度变化间的关系,不仅考虑到这样处理容易使学生产生新鲜感,进而产生探究的兴趣,也因为变力做功对实际问题来说更具有普遍性。
这样的设计思路,把不便于用公式进行计算的橡皮筋对小车的弹力的功通过思维的变换,用改变橡皮筋条数,保持小车在相同距离的条件下,弹力做功的大小与橡皮筋的条数成正比来取代,这是一种极其巧妙地思路,也是一种很好地进行科学探究的思维方法。
同时,也非常符合中学生的认知特点,对开阔学生的视野,提高科学素养等方面都会产生积极的影响。
课时问题设计
①学生观看视频思考足球、箭矢的速度怎么获得的？
②探究实验的目的是什么？
③需要测量哪些物理量？
④橡皮筋对小车做功是变力做功，测出橡皮筋对小车做的功，明显是比较困难的，怎么解决这个问题呢？
⑤在解决上面问题以后小车在橡皮筋作用下加速运动，需要将小车运动过程中的所有速度都测出来吗？
我们需要测量什么时候的速度？
⑥在改变做功的怎么保证1个橡皮筋做功是w时，两个就是2w，3根即使3w？
⑦小车在长木板上运动，是不是只有橡皮筋对它有力的作用，其他力对它做功吗？
⑧摩擦力做功了并且不好计算，我们能不能想点办法平衡摩擦力，让他不影响实验？
打点计时器使用：
是先释放小车后接通打点计时器电源还是先接通打点计时器电源在释放小车
打点计时器每隔多长时间打一个点？
计算小车在橡皮筋作用下获得的速度在纸带怎么得到？
要是w和v是3次方的关系，怎么样在图像上显示出来？
根据我们数据处理的结果得到什么样的结论呢？
所需教学资源（列出学习过程中所需的各种支持资源）
课前准备资源
相同规格的橡皮筋（多条）、打点计时器、纸带、长木板、小车、图钉、
常规资源
黑板、多媒体、课本教材
教学支持环境
多媒体教室
评价设计
通过活动1、活动2目标1的达成
通过活动3、活动4、活动5检测目2、3的达成
通过活动6、活动7、活动8、检测目标4的达成
通过活动9、活动10、检测目标5的达成
学习活动设计（针对本课时选择的活动形式及过程）
活动顺序及时间安排
学生活动
教师活动
设计意图
课时24
活动1
（2分钟）
生:
（进行议论）
学生观看视频，思考足球获得的速度，射出去的箭矢，这些速度怎么获得的，踊跃回答问题。
师:
我们已经成功地建立了重力势能的概念，知道了重力的功与重力势能间的关系，也探究了弹性势能的表达式，知道了弹力的功与弹性势能间的关系。
既然力对物体所做的功与物体势能变化有紧密关系，那么力对物体所做的功与物体动能的改变量间存在着什么关系呢?
师:
请同学们先仔细看看下面的录像播放。
视频1:
自然界中能引起强烈震撼的体现动能能量的多媒体视频音像小片段：
龙卷风、雪崩、热带风暴视频播放。
视频2:
足球世界杯赛中,足球运动员射门的情景。
播放视频3:
奥运会射箭比赛中，拉开的弓把箭射出的情景。
师:
我们知道，物体的动能与它的速度是密切相关的，而物体速度的变化又与它所受力的功有关。
那么，功与物体速度的变化间又存在着怎样的关系呢？
创设情景，激发学生探究的欲望和热情。
活动2
（2分钟）
初步了解实验的目的、实验器材。
生：
实验目的是探究力对物理的功和物体速度变化的关系，需要测量力对物体所做的功和物体的速度变化。
今天，我们通过实验的方法来探究功与物体速度变化的关系。
思考下面两个问题：
（1）实验目的是什么。
（2）需要得到或者需要测量哪些物理量。
初步让学生知道这一节课要干什么。
活动3
（3分钟）
学生根据课本提供的部分内容分组讨论，各小组推选一位同学发表讨论结果，根据回答结果给各组加分。
生：
一根橡皮筋做的功为w，两根橡皮筋做功就是2w，三根橡皮筋做功就是3w。
生：
不用测量运动过程中所有的速度，只要测量弹出去以后的速度。
生：
速度可以用打点计时器测量。
大家参考案例二的实验装置和发给你的实验器材，思考：
我们要在实验过程中得到不同的功和物体的速度之间有什么关系，那么存在下面几个问题：
①橡皮筋对小车做功是变力做功，测出橡皮筋对小车做的功，明显是比较困难的，怎么解决这个问题呢？
②在解决上面问题以后小车在橡皮筋作用下加速运动，需要将小车运动过程中的所有速度都测出来吗？
我们需要测量什么时候的速度？
③速度我们用什么工具测量？
（教师补充——用频闪照相来测速度和传感器借助计算机来测速度也可以。
）
培养学生发散思维能力，学会将不易处理的问题进行转移方法。
活动4
（3分钟）
学生举手竞争出1个小组代表回答多媒体投影出来的问题，另一个小组补充说明，根据精彩程度加分
生：
选相同的规格的橡皮筋，并且每次拉到同一个地方（伸长量都一样保证弹性势能相同）释放，橡皮条数目的关系就是做功多少的关系。
生：
不是，还有重力、支持力、摩擦力，摩擦力对小车做负功。
生：
可将木板的一端稍垫高，轻推小车，观察小车是否做匀速运动，使重力沿木板向下的分力与摩擦力相平衡，消除摩擦力的影响。
生：
平衡摩擦后，小车开始做加速度越来越小的加速运动，橡皮筋恢复原长后做匀速运动，故点迹是开始密，越来越疏，之后间距相等。
在进行实验之前有以下几个问题大家讨论怎么解决：
1在改变做功的怎么保证一根橡皮筋做功是w时，两根橡皮筋做功就是2w，三根橡皮筋做功即是3w？
2小车在长木板上运动，是不是只有橡皮筋对它有力的作用，其他力对它做功吗？
3摩擦力做功了并且不好计算，我们能不能想点办法来平衡摩擦力，让他不影响实验？
4平衡摩擦后，纸带上的点迹是怎样的？
培养学生大胆心细处理问题的能力，培养学生全面思考问题的能力。
活动5
（3分钟）
学生回忆巩固打点计时器的使用并且回答投影仪投影的问题。
生：
先接通电源然后释放小车。
生：
每隔0.02s打一个点，频率50Hz，周期是0.02s。
生：
纸带上后面一段较均匀分布的，选几个点的长度与所需时间比值，具体做法：
测出点距相等的n个点间的位移v=x/（n-1）T。
实验过程中需要注意的问题：
①打点计时器使用：
是先释放小车后接通打点计时器电源还是先接通打点计时器电源在释放小车？
②打点计时器每隔多长时间打一个点？
③计算小车在橡皮筋作用下获得的速度在纸带怎么得到？
让学生巩固已经学过的内容。
活动6
（10分钟）
各个小组依据分发下去的实验仪器进行实验，设计表格并记录数据。
（2014年枣庄市高三第三次调研考试实验题要求学生进行表格设计，测量数据不少于四组。
）
指导学生进行实验。
在巡查的过程中解决学生遇到的问题，并且指导学生怎么解决实验过程中出现的操作问题。
培养学生动手操作能力，通过亲身体验，体会知识探秘的过程。
活动7
（3分钟）
思考：
能不能设计其他的方案来处理这一节的问题，课下设计探究功和速度变化的关系的实验方案。
点评在实验过程中表现突出的小组，要求将记录的数据保存好，课下思考：
能不能通过实验得到的数据得到功和速度有什么关系？
激发学生探究实验的乐趣，引发学生分析数据的兴趣。
活动8
（3分钟）
各个小组思考并相互讨论，各小组提出自己的观点和见解。
点评学生上交的实验设计：
①"探究加速度与力、质量的关系"的实验装置，也是课本实验方案一。
②验证“机械能守恒的装置”的实验装置。
③水平面弹簧弹力做功，让木块在水平地面上滑动。
鼓励学生要大胆去创新，敢于拓展自己的视野，培养敢于提出与别人不同见解发表自己看法的勇气。
活动9
（3分钟）
各个小组组内交流，由各组选代表发言，根据不同的表现给予加分。
我们大家都动手进行了实验，现在我们要对得到的实验数据进行处理，了解功和速度的关系。
多媒体投影学生得到的几组数据。
问题：
从数据上来看，功翻倍但是速度并不是翻倍关系，功和速度不是一次函数关系。
思考：
①功w和速度v不是一次函数关系，那么是什么样的关系呢？
②w和v不是一次函数关系，是不是二次函数关系，是不是3次函数关系，还有可能开二次方，开3次方等关系，那么我们怎么去确定到底是哪一种关系呢？
③要是w和v是3次方的关系，怎么样在图像上显示出来？
培养学生大胆猜测的思想。
教师可直接告知曲线不一定都是抛物线，即W不一定与v2成正比，即由曲线是得不出结论的，引导出要多画出几种如W-v2关系图，W-v3关系图，W-
关系图等，用尝试法寻找结论。
活动10
（3分钟）
生：
画成平滑的曲线，不能连成折线；在画直线时应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。
各个小组分别作出几种图像。
总结功和速度的关系。
画图线时应注意什么？
各个小组将你的数据表格中的速度进行2次方、3次方、开2次方增加三行，分别作出w-v2，w-v3，w-v1/2的图像。
根据我们数据处理的结果得到什么样的结论呢？
培养学生掌握用数学知识处理物理问题。
活动11
（10分钟）
学生总结本节课的内容：
一、实验目标：
二、实验原理：
三、仪器及器材：
四、实验步骤
五、注意事项：
1．橡皮筋的选择．
2．平衡摩擦力．
3．误差分析．
4．实验装置的选取．
六：
结论：
W∝
思考并完成巩固练习。
板书设计：
7．6探究功与物体速度变化的关系
一、实验目标：
探究功与速度变化的关系．
二、实验原理：
橡皮筋拉小车做功，可以用橡皮筋的条数来确定，小车获得的速度由打点计时器测出。
三、仪器及器材：
长木板、橡皮筋（若干）、小车、打点计时器（带纸带、复写纸等）、电源、导线、刻度尺、木板．
四、实验步骤
五、注意事项：
六：
结论：
W∝
完成巩固练习。
指点部分学生有疑惑的地方。
锻炼学生应用知识能力。
教学评价
可评价的学习要素
1．活动1、活动2、通过学过的知识引出来另外一个问题。
评价方法：
教师现场评价。
评价指标：
回答问题是否能掌握重点，能否指出速度变化跟力做功有关别。
2．活动3、活动4、活动5，分析和判断实验中需要处理的问题。
评价方法：
教师现场评价，学生互评。
评价指标：
小组内积极参与，能从课本中提炼出相应的信息，得出正确合理的答案，能否能用自己的语言准确简洁描述。
3．活动6、活动7、活动8、小组合作交流进行好探究实验。
评价方法：
教师现场评价，学生互评。
评价指标：
小组内积极参与动手实验，能操作实验中得到注意事项、操作流程、并且能处理一些实验过程中的问题。
3．活动9、活动10、能否较好的处理好实验数据。
评价方法：
教师现场评价。
评价指标：
学生思维方式活跃程度，回答问题是否得其要领和全面，语言表达是否清晰条理。
3．活动11是否能较好的完成巩固练习，点评各个小题的知识点。
评价方法：
教师现场评价。
评价指标：
学生思维方式活跃程度，回答问题是否得其要领和全面，语言表达是否清晰条理。
教学材料
巩固练习：
A组
1．在用图1所示装置做“探究功与速度变化的关系”实验时，下列说法正确）
A．为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动
B．为简便起见，每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样
C．可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值
D．可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值
E．实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源图1
F．通过分析打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度
G．通过分析打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度
2．在“探究功与速度变化的关系”的实验中，根据实验数据作出了如图所示的W—v图象，下列符合实际的是（ ）
3．探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图2所示，实验主要过程如下：
图2
（1）设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、……；
（2）分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度v1、v2、v3、……；
（3）作出W—v草图；
（4）分析W—v图象．如果W—v图象是一条直线，表明W∝v；如果不是直线，可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝
等关系．
以下关于该实验的说法中有一项不正确，它是________．
A．本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、…….所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致．当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条、……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、……实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、…….
B．小车运动中会受到阻力，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力．
C．某同学在一次实验中，得到一条记录纸带．纸带上打出的点，两端密、中间疏．出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小．
D．根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算的
B组
4．某实验小组采用如图3所示的装置探究功与速度变化的关系，图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器的工作频率为50Hz.
图3
（1）实验的部分步骤如下：
①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；
②将小车停在打点计时器附近，______________，________________，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一系列点，______________；
③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作．
（2）图4是钩码质量为0.03kg，砝码质量为0.02kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v，请将C点的测量结果填在表中的相应位置．
图4
纸带的测量结果
测量点
x/cm
v/（m·s－1）
O
0.00
0.35
A
1.51
0.40
B
3.20
0.45
C
D
7.15
0.53
E
9.41
0.60
5.科学规律的发现离不开科学探究，而科学探究可以分为理论探究和实验探究．下面我们追寻科学家的研究足迹用实验方法探究恒力做功和物体动能变化间的关系．
图5
（1）某同学的实验方案如图5甲所示，他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为在实验中还应该采取的两项措施是：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________.
（2）如图乙所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，距离如图乙所示，则打C点时小车的速度为________；要验证合外力做的功与小车动能变化间的关系，除位移、速度外、还要测出的物理量有________．
答案1．ABCF 2．B 3．D 4．
（1）②先接通电源 再释放小车 关闭打点计时器电源
（2）5.18（5.16～5.19均可） 0.495．
（1）①平衡摩擦力 ②钩码的重力远小于小车的重力
（2）
钩码的重力和小车的质量
课后作业
完成《高中新课程学生自主学习丛书物理2》第6节，完成1—8题，学有余力的同学完成9—10题。
使用建议
成功之处：
本实验用倍增思想设计，探究变力做功与速度的相关量的变化之间的关系。
体现了探究过程采用的物理方法－倍增方法，用这种方法设计实验是非常精妙的。
此节内容学习学生能跟随老师的思路进行，能处理好实验中需要处理的问题，学生能积极参与课堂，积极思考问题，能较好的回答提出的问题，课堂气氛很活跃。
情境引入能较快提起学生的学习兴趣，较快地让学生进入课堂角色，拓展学生的思维。
自主学习和相互讨论和交流加强学生之间的互动，加强了学生之间的关系，也促进学生积极去思考问题。
实验探究能更强烈地激发学生的学习兴趣，学生积极主动亲身去动手实验得到了自己研究所得的喜悦，体会到学习的快乐。
遗憾之处：
1、学生自由发挥的不是很多。
2、实验器材中每条橡皮筋存在差异，做功不一定是一样多。
3、学生在平衡摩擦力的时候做的还不是很好。
4、小车匀速运动时，松弛的橡皮筋经常影响小车的运动。
5、数据处理时能用上一些电脑软件就好了，只能是老师演示，学生得不到练习，并且一部分学生还不知道怎么回事。
意图说明：
引导学生进行积极地思考，使学生既能发挥创造性思维,也能够围绕本节的重点把探究活动深入下去。
采用学生分组实验的方法，在教师适当的引导下，通过学生自主探究和合作学习的方式展开教学过程，努力使学生在经历探究的过程中，增强问题研究的意识，提高分析问题和解决问题的能力。
附：
一、设计实验数据表格
示例－―数据表格
1
2
3
4
5
6
W/×WJ
1W
2W
3W
4W
5W
6W
X/×10-2m
X1
X2
X3
X4
X5
X6
v/m·s-1
V1
V2
V3
V4
V5
V6
v2/m2·s-2
V12
V22
V32
V42
V52
V62
二、图像（仅给出功与速度一次方、功与速度二次方的关系图示例）
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