2019-2020年高中物理 《7.6 實(shí)驗(yàn) 探究功與速度變化的關(guān)系》教學(xué)設(shè)計(jì) 新人教版必修2.doc
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2019-2020年高中物理 《7.6 實(shí)驗(yàn) 探究功與速度變化的關(guān)系》教學(xué)設(shè)計(jì) 新人教版必修2 【教學(xué)目標(biāo)】 1、知識(shí)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)利用物理圖像探究功與物體速度變化的關(guān)系。 【教學(xué)重點(diǎn)】 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)】 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法――圖像法 【教學(xué)課時(shí)】 1課時(shí) 【探究學(xué)習(xí)】 閱讀教材,提出方法 (1)實(shí)驗(yàn)裝置:見右圖。配套器材:課本方案裝置 (2)實(shí)驗(yàn)思想方法:倍增法。雖為變力做功,但橡皮條做的功,隨著橡皮條數(shù)目的成倍增加功也成倍增加。這種方法的構(gòu)思極為巧妙。歷史上,庫侖應(yīng)用類似的方法發(fā)現(xiàn)了著名的庫侖定律。當(dāng)然,恒力做功時(shí),倍增法同樣適用。 (3)數(shù)據(jù)處理方法:圖像法。作出功-速度(W-v)曲線,分析這條曲線,得出功與速度變化的定量關(guān)系。 學(xué)生思考,提出預(yù)案 (1)學(xué)生提出多種設(shè)計(jì)預(yù)案,在課上展示設(shè)計(jì)的思路和方法: 課本方案、氣墊導(dǎo)軌加數(shù)字毫秒計(jì)方案、鐵架臺(tái)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器自由落體方案等。 (2)教師針對(duì)各種設(shè)計(jì)預(yù)案,進(jìn)行分析: 主要從合理性、科學(xué)性、可行性等方面進(jìn)行分析,略。 師生研討,初定方案 1、制定基本的實(shí)驗(yàn)方案:(師生互動(dòng))互動(dòng)以下面幾個(gè)問題為中心展開: (1)探究中,我們是否需要橡皮筋做功的具體數(shù)值?不需要。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)是以倍增的思想方法設(shè)計(jì),若橡皮筋第一次做功為W,則橡皮筋第二次做功為2W,…、橡皮筋第n次做功為nW。且實(shí)驗(yàn)巧妙地將倍增的物理方法應(yīng)用于變力做功。 (2)為了達(dá)到各次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做的功成倍增加,即實(shí)現(xiàn)倍增,對(duì)各次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的伸長(zhǎng)量有什么要求?你想出了什么辦法?各次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的伸長(zhǎng)量必須相同。若使小車在橡皮筋的變力作用下產(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)。 (3)小車獲得的速度怎樣計(jì)算?小車在橡皮筋作用結(jié)束后,做勻速運(yùn)動(dòng)。找出紙帶中點(diǎn)距相等的一段。求出點(diǎn)距相等一段的平均速度,即為小車勻速運(yùn)動(dòng)的速度,即小車加速后獲得的速度。 (4)是否一定需要測(cè)出每次加速后小車速度的數(shù)值?可以怎樣做?不一定需要。(當(dāng)然,也可以測(cè)出每次加速后小車速度的數(shù)值) 設(shè)第一次小車獲得的速度為v,小車在第一次、第二次、…、第n次實(shí)驗(yàn)中的速度為: 若令則即小車在第二次以后實(shí)驗(yàn)中獲得的速度可以用第一次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度的倍數(shù)來表示。 (5)實(shí)驗(yàn)完畢后,用什么方法分析橡皮筋對(duì)小車做的功與小車速度的關(guān)系? 圖像法。 (6)如何在坐標(biāo)紙上建立兩軸物理量?如何確定適當(dāng)?shù)臉?biāo)度? 縱坐標(biāo)表示橡皮筋對(duì)小車做的功,橫坐標(biāo)表示小車獲得的速度。 以第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的功W為縱軸的單位長(zhǎng)度(必須用),可以用第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的速度v為橫軸的單位長(zhǎng)度(也可以根據(jù)各次實(shí)驗(yàn)中的最大速度值、坐標(biāo)紙的最大格數(shù)來確定),作出W-v曲線,即功-速度曲線。 2、確立基本的實(shí)驗(yàn)方案,設(shè)計(jì)初步的實(shí)驗(yàn)步驟: A.先將木板置于水平桌面,然后在釘有鋼釘?shù)拈L(zhǎng)木板上,放好實(shí)驗(yàn)小車。 B.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在木板的一端,將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔,紙帶一端夾緊在小車的后端,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接電源。 C.過兩釘中垂線上的適當(dāng)位置作兩釘?shù)钠叫芯€,交中垂線于O點(diǎn),作為小車每次運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)。 D.使用一根橡皮筋時(shí),將小車的前端拉到O點(diǎn),接通電源,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn),釋放小車,小車離開木板前適時(shí)使小車制動(dòng),斷開電源,取下紙帶。重復(fù)本項(xiàng)前面的過程,選出點(diǎn)跡清晰的紙帶。(求出小車獲得的速度。暫不求) E.換用同樣材料、粗細(xì)、長(zhǎng)度的兩根、三根、…六根橡皮筋,依照D項(xiàng)的方法,分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(得出各次實(shí)驗(yàn)中小車分別獲得的速度。暫不求) F.以功為縱軸(第一次橡皮筋做的功為縱軸的單位長(zhǎng)度),以速度為橫軸(第一次小車的速度為橫軸的單位長(zhǎng)度),建立坐標(biāo)系,用描點(diǎn)法作出圖像,看看是否是正比例圖像,若不是,功與速度的哪種相關(guān)量(的變化量)是正比的,功就與速度的這種相關(guān)量(的變化量)具有確定的函數(shù)關(guān)系。 學(xué)生實(shí)驗(yàn),教師指導(dǎo) 1、學(xué)生按確定方案開始初步實(shí)驗(yàn)。(首先完成實(shí)驗(yàn)操作方案的前四步) 2、教師適時(shí)提出問題,指導(dǎo)學(xué)生操作的技巧,針對(duì)問題,完善實(shí)驗(yàn)操作。 (1)小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力,可以采用什么方法進(jìn)行補(bǔ)償? 可以采用平衡摩擦力的方法。具體操作是:使木板略微傾斜,將小車(車后拴紙帶)放到木板上,輕推小車,小車運(yùn)動(dòng),觀察紙帶的點(diǎn)距。調(diào)節(jié)木板的傾角,觀察紙帶的點(diǎn)距,直到點(diǎn)距相等,表明恰平衡摩擦力(若用氣墊導(dǎo)軌,調(diào)節(jié)導(dǎo)軌的傾角,若擋光條遮光的時(shí)間通過數(shù)字毫秒計(jì)顯示時(shí)間相等,即恰平衡摩擦力)。 (2)觀察打點(diǎn)的紙帶,點(diǎn)距是如何變化的?點(diǎn)距是否均勻?問題出在哪里?若恰能平衡摩擦力,試分析小車會(huì)做何種運(yùn)動(dòng)?應(yīng)該采用哪些點(diǎn)距來計(jì)算小車的速度? 先增大,后減小。不均勻(不是勻加速)。沒有平衡摩擦力。就要用到補(bǔ)償法。先加速(但非勻加),后勻速。應(yīng)采用小車做勻速運(yùn)動(dòng)那一段的點(diǎn)距來計(jì)算速度。因?yàn)閯蛩俚乃俣染褪窍鹌l對(duì)小車作用的最終速度;由于小車在橡皮條變力作用下做非勻加速運(yùn)動(dòng),最終速度不能用勻變速運(yùn)動(dòng)紙帶的處理方法得到,但可以用勻速運(yùn)動(dòng)紙帶的處理方法得到。 (3)使木板略微傾斜,調(diào)節(jié)木板的傾角,經(jīng)檢驗(yàn)恰好平衡摩擦力??梢宰鲆幌盗械仄叫芯€,選適當(dāng)?shù)奈恢米鳛锳,重新標(biāo)出小車運(yùn)動(dòng)的初始位置A。(體現(xiàn)完善實(shí)驗(yàn)的過程) (4)確立可操作實(shí)驗(yàn)方案,設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)步驟: A.先將木板置于水平桌面,然后在釘有鋼釘?shù)拈L(zhǎng)木板上,放好實(shí)驗(yàn)小車。 B.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在木板的一端,將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔,紙帶一端夾緊在小車的后端,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接電源。 C.使木板略微傾斜,調(diào)節(jié)木板的傾角,測(cè)量紙帶點(diǎn)距直到相等,表明恰好平衡摩擦力。 D.過兩釘中垂線上的適當(dāng)位置作兩釘?shù)钠叫芯€,交中垂線于A點(diǎn),作為小車每次運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)。 E.使用一根橡皮筋時(shí),將小車的前(或后)端拉到A點(diǎn),接通電源,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn),釋放小車,小車離開木板前適時(shí)使小車制動(dòng),斷開電源,取下紙帶。重復(fù)本項(xiàng)前面的過程,選出清晰的紙帶。記下點(diǎn)距相等后t=0.1s的位移m,求出小車獲得的速度v=10m/s。 F.換用同樣材料、粗細(xì)、長(zhǎng)度的兩根、三根、…六根橡皮筋,依照D項(xiàng)的方法,分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。記下各次實(shí)驗(yàn)中點(diǎn)距相等后t=0.1s的位移m,求出小車分別獲得的速度m/s。 G.以功為縱軸(用第一次橡皮筋做的功為縱軸的單位長(zhǎng)度),以速度為橫軸(可以用適當(dāng)?shù)乃俣戎禐閱挝婚L(zhǎng)度,也可以用第一次小車的速度為橫軸的單位長(zhǎng)度),建立坐標(biāo)系,用描點(diǎn)法作出圖像,看看是否是正比例圖像,若不是,功與速度的哪種相關(guān)量(的變化量)是正比的,功就與速度的這種相關(guān)量(的變化量)具有確定的函數(shù)關(guān)系。 處理數(shù)據(jù),得出規(guī)律 1、 采集橡皮條分別為一根、兩根……、六根時(shí)的數(shù)據(jù)(勻速運(yùn)動(dòng)階段,例如在0.1s內(nèi)的位移),記在自己設(shè)計(jì)的表格中。 A. 記錄數(shù)據(jù)的方式示例 示例一-―數(shù)據(jù)關(guān)系 1 2 3 4 5 6 W/WJ 1 2 3 4 5 6 X/10-2m X1 X2 X3 X4 X5 X6 v/v V1 V2 V3 V4 V5 V6 示例二――倍數(shù)關(guān)系 1 2 3 4 5 6 W/WJ 1 2 3 4 5 6 X/10-2m X1 X2 X3 X4 X5 X6 v/v v (X2 /X1)v (X3/X1)v (X4/X1)v (X5/X1)v (X6/X1)v 3.轉(zhuǎn)化成Excel數(shù)據(jù),利用數(shù)表軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 示例一-―數(shù)據(jù)關(guān)系 x/(cm) 0 4.11 5.53 7.07 8.20 9.10 9.98 W/WJ 0 1 2 3 4 5 6 v/(m/s) 0 0.41 0.55 0.71 0.82 0.91 1.00 W/WJ 0 1 2 3 4 5 6 v平方 0 0.17 0.30 0.50 0.67 0.83 1.00 W/WJ 0 1 2 3 4 5 6 v三次方 0 0.07 0.13 0.36 0.55 0.75 1.00 W/WJ 0 1 2 3 4 5 6 V1/2次方 0 0.64 0.74 0.84 0.91 0.95 1.00 W/WJ 0 1 2 3 4 5 6 示例二――倍數(shù)關(guān)系 示例二――倍數(shù)關(guān)系 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 W/WJ 1 2 3 4 5 6 X/10-2m 4.11 5.53 7.07 8.20 9.10 9.98 速度的一次方 v/v v (X2 /X1)v (X3/X1)v (X4/X1)v (X5/X1)v (X6/X1)v 倍數(shù) 1.00 1.35 1.72 1.99 2.21 2.42 速度的二次方 v2/ v2 v2 (X2 /X1)2v2 (X3/X1)2 v2 (X4/X1)2 v2 (X5/X1)2 v2 (X6/X1)2 v2 倍數(shù) 1.00 1.82 2.96 3.96 4.88 5.86 速度的三次方 v3/v3 v3 (X2 /X1)3v3 (X3/X1)3v3 (X4/X1)3 v3 (X5/X1)3 v3 (X6/X1)3 v3 倍數(shù) 1.00 2.46 5.08 7.88 10.79 14.17 速度的1/2次方 v1/2/ v1/2 v1/2 (X2 /X1)1/2v1/2 (X3/X1)1/2v1/2 (X4/X1)1/2v1/2 (X5/X1)1/2v1/2 (X6/X1)1/2v1/2 倍數(shù) 1.00 1.16 1.31 1.41 1.49 1.56 分析得:只有速度的平方具有倍數(shù)關(guān)系。 示例二――倍數(shù)關(guān)系 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 W/WJ 1 2 3 4 5 6 v2/v2倍數(shù) 1.00 1.82 2.96 3.96 4.88 5.86 結(jié)論:功與速度的平方成正比。(本實(shí)驗(yàn)為便于探究,設(shè)初速度為零。) 結(jié)論推廣:初速度不為零時(shí),功與速度平方的變化量成正比。 課堂練習(xí) 1、本課實(shí)驗(yàn)應(yīng)用倍增思想得到了橡皮筋對(duì)小車做的變力功與速度的平方成正比。這使我們想到:恒力對(duì)物體做的恒力功與速度的平方成正比,你如何應(yīng)用倍增思想設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證? 課堂總結(jié) (1)本實(shí)驗(yàn)用倍增思想設(shè)計(jì),探究變力做功與速度的相關(guān)量的變化之間的關(guān)系。體現(xiàn)了探究過程采用的物理方法-倍增方法,用這種方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是非常精妙的。 (2)但本實(shí)驗(yàn)中,還需要用到紙帶的分析、速度的測(cè)量、力的平衡等相關(guān)的知識(shí)與技能。 (3)實(shí)驗(yàn)探究能更強(qiáng)烈地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,體會(huì)學(xué)習(xí)的快樂;并通過親身實(shí)踐,樹立起“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)理念。 (4)本課的主線,是分析論證實(shí)驗(yàn)預(yù)案、確定完善課本方案并在實(shí)驗(yàn)操作中改進(jìn)實(shí)驗(yàn)、對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理得出結(jié)論。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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