高中物理 7.6实验：探究功与速度变化的关系学案新人教版必修

高中物理 7.6 实验探究功与速度变化的关系导学案新人教版必修一、学习目标1、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度、2、学习利用物理图象研究功与物体速度变化的关系、3、通过纸带与打点计时器来探究功与速度的关系，体验探究过程和物理学的研究方法、4、在实际探究过程中如何解决变力做功问题，如何将复杂的问题简单化、二、知识要点1、实验目的(1)通过实验探究力对物体做的功与的关系、(2)体会探究的过程和探究时所采用的方法、2、实验原理以平板上的小车为研究对象，使它在力的作用下从静止开始运动、(1)用测量小车的速度、(2)通过测量力的大小及小车在力的作用下运动的距离，来计算力做的功、或为小车提供可以定量比较大小的作用力，确定各次做功的大小的定量关系、(3)作出W－v图象或W－v2图象……，就可以分析两者的定量关系、3、常见的两种实验方案(1)方案一：由重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物大得多时，可以把重物所受的重力当做小车受到的牵引力、如图所示、改变重物的质量或者改变小车运动的距离，也就改变了牵引力做的功、从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系、(2)方案二：使小车在橡皮筋的作用下弹出，如图所示、改变橡皮筋的条数，橡皮筋对小车做的功分别是一条橡皮筋做功时的相应倍数，测出小车被弹出后的速度，能够找到牵引力对小车做的功与小车速度的关系、4、实验器材(1)方案一：①一端带滑轮的长木板②小车③细绳④钩码若干⑤打点计时器和纸带⑥低压交流电源和导线⑦毫米刻度尺(2)方案二：①平板②小车③五、六根相同的橡皮筋④钉子⑤打点计时器和纸带⑥低压交流电源和导线⑦坐标纸⑧毫米刻度尺⑨铅笔三、典型例题例1、关于探究功与物体速度变化的关系实验，下列叙述正确的是 ( )A、每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B、每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C、放小车的长木板应该尽量使其水平D、先接通打点计时器电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出例2、利用打点计时器、纸带、橡皮筋等探究功与速度变化的关系时，得到如下数据：速度大小及对应的弹力的功：v/(ms－1)0、000、801、101、281、531、761、89W/J0、001、002、003、004、005、006、00速度平方大小及对应的弹力的功v2/(m2s－2)0、000、641、211、642、343、103、57W/J0、001、002、003、004、005、006、00(1)根据以上数据作出功与速度大小的关系图象，以及功与速度平方的关系图象；(2)根据图象得到的结论是什么？例3、某同学利用图甲所示装置探究力对物体做的功与物体速度变化的关系，得到了下表的数据：实验次数12345橡皮筋条数13457小车速度v/(ms－1)0、711、231、421、581、71(注：每条橡皮筋拉长的长度都一样)(1)由表可以得出定性结论：、(2)设一条橡皮筋拉长到固定长度所做功为W0，大致画出橡皮筋所做的功W与小车速度v的图象、(画在图乙中)(3)根据以上的W—v图象对W与v的关系作出初步判断：______ _______、(4)根据数据完成下表的空白部分实验次数12345橡皮筋做功W0v2/(m2s－2)W与v的关系五、板书设计：六、教学后记：备注栏。

6．实验：探究功与速度变化的关系三维目标知识与技能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。

过程与方法通过用纸带与打点计时器来探究功与物体速度相关量变化的关系，体验知识的探究过程和物理学的研究方法。

情感态度与价值观1．体会学习的快乐，激发学习的兴趣；2．通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学理念。

教学重点学习探究功与物体速度变化的关系的物理方法──倍增法，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。

思路方法1．在实验探究活动前，通过提出问题的方式，研究探索的思路，提出研究的方法；2．在实验探究活动中，要围绕分析论证实验预案、确定完善课本方案并在实验操作中改进实验、对实验数据进行分析处理得出结论这条主线进行；3．在实验探究活动后，要善于总结，理出方法；长期积累起来的科学的探究问题的方法，必将对今后的科学探究活动起到积极的指导作用。

教具准备①钉有2个长直铁钉的长木板（附木块）；②小车（300g）；③相同的熟胶橡皮筋6根（附：细线若干）；④J01207火花式打点计时器（附：220V交流电源、备用墨粉纸盘、平直纸带若干）；⑤计算机及投影设备。

［新课导入］从这节开始，我们讨论物体的动能。

通过做功来了解某种能量的变化，从而研究这种能量，这是我们一贯的思想。

前面已经研究了重力做的功与重力势能的关系，从而确立了重力势能的表达式。

我们也探究了弹力做的功与弹性势能的关系，并且能够由此确立弹性势能的表达式。

那么，力对物体做的功与物体的动能又有什么样的关系？这一节和下一节将探究这个问题。

大家知道，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受的力有关，所以，这一节我们首先通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系。

［新课教学］一、探究的思路1．阅读教材，提出方法（1）实验装置如图所示，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行。

6．实验：探究功与速度变化的关系在前面几节内容中，已经成功地建立了重力势能的概念，清楚了重力的功与重力势能改变量间的关系，也探究了弹性势能的表达式。

那么，力对物体所做的功与物体的动能间又有什么关系呢？应该从什么途径出发进行研究呢？显然，既可以从已有知识出发通过逻辑推导的方法进行研究，也可以通过实验的方式进行探究。

引入“探究功与物体速度变化的关系”的目的就在于给学生增加探究与体验的机会，提高理论联系实际的水平，并有效地促使学生在探究中开阔思路，在分析问题和处理问题的过程中提高探究问题的水平。

因此，本节内容从实验的方向进行探究。

对教师来说，这是一节较难驾驭的内容，无论从教学设计，还是实验准备来说，都有相当的难度。

教师要积极创造条件，让学生亲身经历实验探究的过程。

本节内容的设计中，采用橡皮筋拉小车，使小车获得动能的过程中，探究橡皮筋做的功与小车速度变化的关系。

由于橡皮筋的弹力随其长度改变量间的关系是非线性的，因而橡皮筋对小车的功无法用现成的公式进行计算。

本实验的精妙之处就在于巧妙地回避了功的计算。

因为如果一条橡皮筋对小车做功为W时，两条橡皮筋对小车做的功就是2W，三条橡皮筋对小车做功为3W，依次类推，各次实验中橡皮筋对小车的功都可以用W的倍数来表达，再利用打点计时器来测定各次实验中小车的速度，根据一系列橡皮筋的功和与之对应的小车速度的测量值即可找出功与物体速度变化间的关系。

从本章知识的整个体系来说，本节教材只是为下一节“动能和动能定理”的理论推导奠定一个认识基础，在教学中应灵活把握。

通过“探究功与物体速度变化的关系”的实验，也可以有效地促使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对恒力做功的条件下成立，在变力做功的情况下也是成立的。

学生在本章的前几节内容中，已经初步树立了功是能量变化的量度的观念。

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，但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。

高中物理探究功与物体速度变化的关系导学案新人教版必修探究功与物体速度变化的关系导学案【学习目标】1、领会探究功与速度变化关系的设计思路，经历探究学习的情感体验过程2、知道以一根橡皮筋所做的功为“单位功”，利用倍增法研究变力的功3、巩固速度测量的方法，平衡摩擦力的方法4、能进行简单的探究方案设计，并通过正确的实验操作，采集实验数据5、掌握实验数据处理的合理方法化曲为直，通过数据处理探寻物理规律。

【学习重点】1、再次体会功和能量变化的关系。

2、实验方案的制定和实施。

3、实验数据的图像处理。

【学习难点】1、橡皮筋的弹力做功的处理。

2、数据的处理。

……………………………………………………………………………………………………【学习流程】1、课题引入（1）物体由于运动而具有的能叫动能，速度越大，动能越。

在下面的生活实例中，足球、箭的动能改变的原因是什么？（2）外力做功与动能变化的关系如何呢？物体的动能与速度密切联系。

因此探究功与动能变化的关系也可转化为探究的关系。

2、设计探究方案（1）生活实例：弹弓、如果使弹弓弹射出的纸团速度再大些，应该怎么办？（2）如果使橡皮筋的条数增加一倍，在拉伸长度相等的情况下，橡皮绳对纸团做的功就变为原来的倍。

猜想：纸团的速度变为原来的几倍？（2）请各组同学们交流讨论，设计出一个实验方案，画在草纸上：方案既能测出力的功，又能测出物体获得的速度。

方案1方案1方案1:竖直恒力的功与速度变化（1）怎样确定外力对物体所做的功？物体受到的重力mg即为外力，用刻度尺测量物体下降的高度，如OA，则外力对物体所做的功W= 。

（2）怎样确定物体获得的速度？学生：测量出与A点上、下相邻的两点间的位移x和时间t，算出纸带在这两点间的平均速度v= ，用这个平均速度代表纸带经过A点时的瞬时速度。

方案2方案2：水平恒力的功与速度变化（1）小车受到的拉力由什么力提供？必须具备什么条件？解答：（2）怎样测量小车运动的位移？解答：（3）怎样测小车获得的速度？解答：（4）为减少阻力的影响应怎样改进实验装置？解答：方案3方案3：变力的功与速度变化（1）这个实验方案需要平衡摩擦力吗？怎样平衡？解答：（2）能否直接测量橡皮筋对小车做的功？应如何解决这个问题？解答：（3）小车做什么运动？橡皮筋在哪个过程中对小车做功？解答：（4）怎样选择计时点测量小车获得的速度？解答：更多方案……3、数据处理方法图象法：根据实验测得的数据，猜想可能的函数关系。

高中物理 7.6实验：探究功与速度变化的关系导学案新人教版必修7、6实验：探究功与速度变化的关系【学习目标】1、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度；2、会利用物理图像探究功与物体速度变化的关系；3、通过用纸带与打点计时器来探究功与速度的关系。

【知识链接】1、怎样通过纸带求小车的瞬时速度？2、如何平衡摩擦力？【学习过程】一、实验方案图1 由重力提供牵引力图2由橡皮筋提供牵引力问题1、在图1的方案中，假设小车质量M，重物质量m，小车的摩擦力已经平衡。

尝试利用牛顿第二定律求解绳子的拉力F与重物的重力mg的关系，并说明什么情况下可以近似用mg代表F。

问题2、在图1和图2两种方案中，如何求解和记录牵引力对小车做的功？木板打点计时器纸带小车橡皮筋二、实验原理（以教科书“参考案例二”为案例）右图所示，分别将1、2、3……根相同的橡皮筋并接后与小车相连，每次使小车在橡皮筋拉紧时从同一初位置弹出。

利用打点计时器打出的纸带计算各次橡皮筋恢复原长时小车的最大速度。

因各次橡皮筋的长度变化相同，所以各次橡皮筋做的功可记为：W、2W、3W……。

绘制出W-v、W-v2图象，分析做功与小车速度变化的关系，得出实验结论。

三、实验器材长木板、小车、橡皮筋、打点计时器、垫块、图钉、刻度尺、纸带、交流电源、导线。

四、实验步骤1、安装如上图所示的实验装置。

将长木板一端垫起，调整倾角使小车在木板上做匀速直线运动（纸带上的点迹间隔大致相同）。

（平衡摩擦力）2、先用一根橡皮筋两端用图钉固定在木板上并与小车连接。

将小车拉至靠近打点计时器的一端，并标记这一位置。

3、打开电源，由静止释放小车，小车被拉紧的橡皮筋弹出，打出纸带。

在纸带上记录本次实验所用橡皮筋根数1。

4、分别用2、3……根相同的橡皮筋并接，再将小车拉回原来的位置，重复步骤（3）。

5、由纸带算出小车每次获得的速度，把各次实验获得的速度依次记入设计的表格里。

【例题】1、关于“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，下列叙述正确的是 ( )A、每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B、每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C、放小车的长木板应该尽量使其水平D、先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出五、实验过程注意事项1、平衡摩擦力：将木板一端垫高，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力平衡，轻推小车，由打点计时器打在纸带上点的均匀程度判断小车是否匀速运动。

高中物理 7.6 探究功与速度变化的关系导学案新人教版必修7、6 探究功与速度变化的关系导学案新人教版必修2【学习目标】1、领会探究功与物体速度变化的关系实验的设计思路，经历探究学习的情感体验过程。

2、知道用一根橡皮筋所做的功为“单位的功”。

3、理解小车做匀速运动阶段测量速度比较合理。

4、能进行实验操作，会采集实验数据。

5、理解处理实验数据时寻找w与v的关系的方法。

【学习重点】学习探究功与速度变化关系的物理方法，并会利用图象法处理数据。

【学习难点】实验数据的处理方法――图象法。

【学习过程】【问题导入】思考问题1：是什么改变物体运动速度？我们今天用实验的方法来探究功与物体速度变化的关系。

思考问题2：在实验探究中，应如何对物体做功？又怎样表示每次做功的大小呢？【自主学习】阅读课文并回答实验都采用了哪些器材，实验如何操作，W-V 间关系通过什么得到？一、橡皮筋做的功1、橡皮筋做功是恒力做功还是变力做功？如何处理橡皮筋做的功？2、要保证橡皮筋做功为整数倍，需要选择什么样的橡皮筋才能减少误差？3、在改变橡皮筋的条数后为什么要把小车拉到相同的位置释放？不这样会出现什么结果？4、在实验中小车要受到阻力，为了使橡皮筋的力为小车的合外力我们应该怎么办？二、小车速度的测量1、小车获得的速度用什么测量？2、纸带上的点距离是不均匀的，我们应该选取纸袋上的哪部分点计算小车获得的速度？三、数据处理：功与速度的关系得到的数据应该怎么处理？【实验结论】（小车从静止开始运动，初速度为零，末速度就是小车速度的变化。

）【实验误差分析】1、用多条橡皮筋时，橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋对小车的拉力做的功与橡皮筋的条数不成正比。

2、小车受力为零的位置也不一定在设定的同一点。

3、改变橡皮筋的条数后，每次没有拉到相同的位置，没有保证每条橡皮筋每次做功相等。

4、由于小车不受拉力的位置不一定在E点，使得拉力的功w 与橡皮筋的条数不成正比。

而实验设计中作图时纵坐标的单位长度依然将功与橡皮筋的条数按正比关系取值，这就使得利用测量值作出的w与v的各对应点的分布与实际的w-v函数图象发生了偏离。

6．实验：探究功与速度变化的关系三维目标知识与技能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。

过程与方法通过用纸带与打点计时器来探究功与物体速度相关量变化的关系，体验知识的探究过程和物理学的研究方法。

情感态度与价值观1．体会学习的快乐，激发学习的兴趣；2．通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学理念。

教学重点学习探究功与物体速度变化的关系的物理方法──倍增法，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。

思路方法1．在实验探究活动前，通过提出问题的方式，研究探索的思路，提出研究的方法；2．在实验探究活动中，要围绕分析论证实验预案、确定完善课本方案并在实验操作中改进实验、对实验数据进行分析处理得出结论这条主线进行；3．在实验探究活动后，要善于总结，理出方法；长期积累起来的科学的探究问题的方法，必将对今后的科学探究活动起到积极的指导作用。

教具准备①钉有2个长直铁钉的长木板（附木块）；②小车（300g）；③相同的熟胶橡皮筋6根（附：细线若干）；④J01207火花式打点计时器（附：220V交流电源、备用墨粉纸盘、平直纸带若干）；⑤计算机及投影设备。

［新课导入］从这节开始，我们讨论物体的动能。

通过做功来了解某种能量的变化，从而研究这种能量，这是我们一贯的思想。

前面已经研究了重力做的功与重力势能的关系，从而确立了重力势能的表达式。

我们也探究了弹力做的功与弹性势能的关系，并且能够由此确立弹性势能的表达式。

那么，力对物体做的功与物体的动能又有什么样的关系？这一节和下一节将探究这个问题。

大家知道，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受的力有关，所以，这一节我们首先通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系。

［新课教学］一、探究的思路1．阅读教材，提出方法（1）实验装置如图所示，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行。

高中物理7.6探究功和速度变化关系导学案1新人教版必修2探究功和速度变化的关系【学习目标】知识与技能：（1）领会探究功与速度变化关系实验的设计思路，知道该实验探究须测定功与速度两个物理量。

（2）会利用打点计时器打出的纸带计算物体运动的速度。

（3）会运用图象法探究功与物体速度变化的关系。

过程与方法：（1）体验探究实验方案的设计思路（2）体验实验操作过程中控制实验条件的方法（3）体验通过实验数据处理寻找物理量间变化关系的方法情感、态度与价值观：通过亲身实践体会，领略探究过程中避繁就简的方法选择，感受实验探究的快乐，形成“实践是检验真理的唯一标准”的科学观，培养学科思维方式与能力。

【重点、难点】重点：实验方案的设计，实验数据的采集与处理。

难点：①变力功的确定（倍增法）②从寻找W-V关系转向寻找W-V2关系（图像法）预习案【自主学习】复习1、重力势能表达式是通过探究重力做功得出的，得出弹性势能表达式是通过探究弹力做功得出的，那么标题中要探究的功是什么力的功？为什么？（是合力功，因为合力决定了加速度，加速度是跟速度变化有关的。

）2、求速度变化，要先测出速度，我们最熟悉的实验室中测速度的方法是什么？（打点计时器）自主学习1、分析与猜测(1)通过研究重力做的功，我们确立了重力势能的表达式，通过分析弹力做的功，我们探究了弹性势能的表达式，那么，要研究动能的变化，也要从力做功开始、(2)物体在力的作用下通过一段位移时，力会对物体做功，物体的速度也会发生变化，所以二者之间存在联系、2、探究的思路(1)要探究功与物体速度变化的关系，就要改变力对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体的速度、(2)为简化实验，可将物体初速度设置为零，利用如图7－6－2所示的装置进行实验，通过橡皮筋来对小车做功W，通过打点计时器在纸带上打出的点测量小车获得的速度v，然后分析功W与速度v的关系、三、实验器材木板、小车、橡皮筋、打点计时器(电火花打点计时器)、电源、纸带等、四、实验步骤1、按装置图安装好实验器材、2、平衡摩擦力：将木板固定，打点计时器的一端稍微垫高，使小车能牵引纸带在木板上做匀速运动、3、先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器打出的纸带测出小车前端通过两铁钉连线时小车的速度v1，设此时橡皮筋对小车做功为W1，将数据记入表格，用标尺记录小车的初始位置、4、改用2条、3条、4条……橡皮筋重复上述实验，让小车开始位置相同，每次橡皮筋拉开的长度相同，记录橡皮筋做功2W、3W、4W……情况下小车获得的速度v2、v3、v4……、Wv/ms－1v2/m2s－21234565、分析数据，研究W与v的关系五、数据的处理用图象法处理实验数据我们可根据实验测得的数据，分别作出Wv2曲线、WV图来观察分析功与速度的关系。

7.6 实验：探究功与速度变化的关系学案【学习目标】1.理解教材中所给的实验方案的原理和方法.2.学习利用物理图象探究功与物体速度变化的关系.3.知道力对物体做功与物体速度变化的关系.【方法指导】认真体会教材“探究思路”所体现的科学探究的方法，以及“数据处理”中提出的分析实验数据，找出功和速度关系的方法.学会这些探究问题的方法，不仅在研究物理问题时是必要的，而且也可用于研究其他学科的问题.【自主学习】1.本节探究的目的是研究外力对物体________与物体_________关系.2.本节实验并不需要测量橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只是测出以后各次实验橡皮筋做的功是第一次实验时的，这样做可以大大简化操作.3.橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由和___________来测量，当然也可采用其他方法.打出的纸带上的点分布有________特点.4.小车在运动过程中要受到摩擦阻力，类似于前面研究物体的加速度与力和质量的关系的实验，可以使木板_________来平衡小车受到的摩擦阻力.5.本实验用到的器材：平板、小车、、钉子、______、纸带.你答对了吗? 1.做功速度变化 2.倍数3.纸带打点计时器点之间的距离呈现开始较小，后逐渐增大，最后基本相同的4.一端垫高5.橡皮筋打点计时器【重点突破】实验中的重要方法及技巧友情提示:1.巧妙应用比例关系：巧妙应用比例关系为实验测量提供很大的方便和可能.例如，一根橡皮条对小车做的功是很难确定的，如果改用两根橡皮条在完全相同的情况下做的功的具体数值仍是很难确定的.但是，若以一根橡皮条对小车做的功为功的单位W，两根橡皮条做的功无疑是2W.2.简化实验过程：探究的任务是外力对物体做的总功与速度变化的关系.本实验总是让小车从静止开始运动，使测定初速度和末速度的问题转化为只测定末速度的问题，有利于操作和数据处理发现规律.3.设法减小实验误差：①平衡小车在木板上运动的摩擦力保证小车脱离橡皮条后做匀速运动；②在纸带上选取点迹清楚、间距均匀的部分计算小车的速度.4.利用物理图象，适当地进行坐标交换，探索物理量之间的关系.典题精析例题.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，实验装置如图所示，实验主要过程如下：（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、、、……；（3）作出草图；（4）分析图像。

6 实验：探究功与速度变化的关系整体设计各种力做功都与其对应的某种能量有关系,研究出它们的关系,就能确立相应能量的表达式.例如通过重力做功确立了重力势能的表达式，通过弹力做功确立弹性势能的表达式。

动能是物体由于运动而具有的能，物体的动能与它的速度密切相关,而物体速度的变化与它受的力有关，当物体运动而发生位移时,它所受的力又会做功，因此力对物体做的功与物体速度变化有密切的关系.本节课就是探究功与速度变化的关系，为下一节动能的学习作准备.本节是一节探究实验课。

在进行实验探索、收集数据时，需要考虑什么是有价值的数据，用什么方法来获得数据,以及如何证明这些数据是可靠的。

在进行实验时，操作应规范;在收集数据时,应实事求是，坚持严谨认真的科学态度.对实验所得到的结论要会判断是否科学,判断的标准就是看其是否具有重复性,即不论由哪位同学来做这个实验,也不论做几次,在允许的误差范围内结果都应该是相同的.过去我们强调的实验,主要所指为操作技能，现在强调的实验,除了操作技能外,希望学生更加重视实验中的科学思想与技能的学习.比如在探究功与速度变化的关系时,并不需要计算功的具体数值，原因是什么？在探究之前，要重点掌握本实验中的探究方法。

另外用图象处理数据比较形象、直观,而且误差也小,所以这种方法必须能够熟练应用。

教学重点学习探究功与速度变化关系的物理方法，并会利用图象法处理数据.教学难点1.实验数据的处理方法——图象法。

2。

实验过程中的规范操作。

课时安排1课时三维目标知识与技能1.会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。

2.学习利用物理图象探究功与物体速度变化的关系。

过程与方法1。

通过纸带与打点计时器来探究功与速度的关系,体验探究过程和物理学的研究方法。

2.实际探究过程中如何把变力做功这个问题解决。

情感态度与价值观1.体验探究的困难,享受成功的乐趣。

2。

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.课前准备小车（前面带小钩），长木板(两侧适当的对称位置钉两个钉子),橡皮筋（5—6条)，打点计时器及电源、纸带等。

第七章机械能守恒定律第6节探究功与速度变化的关系班级学号姓名成绩【课程学习目标】（1）知道实验方案中改变弹力做功大小的方法。

（2）知道弹力做功大小与橡皮筋的条数成正比，体会取一根橡皮筋所做的功为单位来简化问题的思想方法。

（3）知道实验方案中平衡摩擦力的方法，会选择合适的测量点并计算速度。

重点：体会寻找W-v的关系转向寻找W-v2关系蕴含的思想和方法。

难点：解决橡皮筋弹力做功【课堂导学】1．前面学习中，我们得出重力势能表达式是通过探究做功得出的，得出弹性势能表达式是通过探究做功得出的，“探究功与速度变化关系”是探究哪个力做功呢？2．方案一（见右图）：①探究的是做功与速度关系（选填“恒力”或“变力”）②小车被释放后受到哪些力？哪些力对小车做功？③由于重物通过细绳牵引小车，当小车质量重物质量时，可以把重物所受的重力当做小车受到的牵引力。

为了使达成“绳子的拉力成为小车运动过程中的合力”目的，还需要。

要如何操做？平衡摩擦的过程需要挂上纸带吗？怎样判断摩擦力被平衡掉了？④要求得“方案一”中合力做的功，需要测量哪些物理量？并指出相应物理量的测量工具？⑤小车释放后做什么运动？初速度是多少？末速度如何测量？3．方案二（见右图）：①探究的是做功与速度关系（选填“恒力”或“变力”）。

该方案需要平衡摩擦吗？若需要，平衡的过程中是否要挂上橡皮筋呢？老版本教材该方案图②橡皮筋对小车拉力做功如何表示？能测出具体的数值吗？③要达成：橡皮筋的条数由1条变为2条、3条…时，橡皮筋对小车做功为W、2W、3W……需要注意哪些因素？④平衡好摩擦力后挂上橡皮筋，释放小车后小车做什么运动？初速度是多少？末速度如何测量？⑤若实验总共做6次，得到（W、v1）（2W、v2）（3W、v3）……怎样处理这些数据，从而得到结论呢？【典例分析】例1：如图所示，是某研究性学习小组做探究“功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形，这时，橡皮筋对小车做的功记为W。

6.实验：探究功与速度变化的关系[学习目标] 1.通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系． 2.学习利用图象法探究功与速度变化的关系．一、实验原理让橡皮筋拉动小车做功使小车的速度增加，使拉小车的橡皮筋的条数由1条变为2条、3条…则橡皮筋对小车做的功为W、2W、3W、…通过对打点计时器所打纸带的测量计算出每次实验结束时小车的速度，最后分析每次做的功与速度的关系，总结出功与速度的关系．二、实验器材木板、橡皮筋(若干)、小车、打点计时器、低压交流电源、纸带、刻度尺等．三、实验步骤1．按如图所示安装好实验仪器．2．平衡摩擦力：将安装有打点计时器的长木板的一端垫起，纸带穿过打点计时器并接在小车后面，不挂橡皮筋，接通电源，轻推小车，直至打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点．3．第一次先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带记录小车的运动情况．4．换用2条、3条、4条…同样的橡皮筋做实验，并使橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，用打点计时器和纸带记录小车的运动情况．四、数据处理1．求小车的最终速度：如图所示，测出纸带上点迹均匀的两点如A1、A3间的距离x，则小车的速度为v＝x2T.2．计算小车做的功分别为W、2W、3W…时对应的v、v2、v3、v…的数值，填入表格．W 2W 3W 4W 5Wvv2v3v3．逐一与W的一组数值对照，判断W与v、v2、v3、v…的可能关系或尝试着分别画出W 与v、W与v2、W与v3、W与v间关系的图象，找出哪一组的图象是直线，从而确定功与速度的正确关系．五、误差分析1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋拉力做的功与橡皮筋的条数不成正比．2．误差的另一主要来源是摩擦力平衡得不合适．3．利用纸带确定物体的速度时，点间距测量不准也会带来误差．4．作图描点不准带来误差．六、注意事项1．平衡摩擦力的方法：将木板一端垫高，轻推小车让其拖动纸带运动，根据打点计时器打在纸带上的点迹是否均匀来判断是否平衡了摩擦力．2．测小车速度时，纸带上的点迹应选均匀部分，也就是选小车做匀速运动时打的点迹．3．每次释放小车时，都要确保让它从同一位置由静止开始运动．4．所选橡皮筋的规格应一样，力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值．【例1】用如图所示的装置，探究功与物体速度变化的关系，实验时，先适当垫高木板，然后由静止释放小车，小车在橡皮筋弹力的作用下被弹出，沿木板滑行．小车滑行过程中带动通过打点计时器的纸带，记录其运动情况，观察发现纸带前面部分点迹疏密不均，后面部分点迹比较均匀，回答下列问题：(1)除了图中已给出的实验器材外，还需要的器材有________(选填“秒表”“天平”或“刻度尺”)．(2)适当垫高木板是为了_____________________．(3)通过纸带求小车速度时，应使用纸带的________(选填“全部”“前面部分”或“后面部分”)．(4)若实验做了n次，所用橡皮筋分别为1根、2根…n根，通过纸带求出小车的速度分别为v1、v2…v n，用W表示橡皮筋对小车所做的功，作出的W­v2图象是一条过坐标原点的直线，这说明W与v的关系是________．[解析](1)实验需要测出纸带上计数点间的距离，需要用到刻度尺．(2)将木板一端适当垫高，在没有橡皮筋的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是橡皮筋的拉力．(3)橡皮筋拉力对小车所做的功全部完成后，打出来的点才能反映小车的速度，所以应使用纸带的后面部分．(4)W­v2图线是一条过坐标原点的直线，根据数学知识可确定W与速度v的平方成正比，即W＝kv2.[答案](1)刻度尺(2)平衡摩擦力(3)后面部分(4)W＝kv2【例2】用如图所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时：(1)下列说法正确的是________(填字母代号)．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．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F．通过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)若在实验中，我们用1条、2条、3条…同样的橡皮筋进行1次、2次、3次…实验．实验中，如果橡皮筋拉伸的长度都相等，那么每次橡皮筋对小车做的功可记作W、2W、3W…对每次打出的纸带进行处理，求出小车每次最后匀速运动时的速度v，记录数据见下表：功W 0W 2W 3W 4W 5W 6W v/(m·s－1)0 1.00 1.41 1.73 2.00 2.24 2.45(3)根据(2)题中的图象可以得出的结论是________．[解析](1)小车在水平面上运动时，由于受到摩擦阻力导致小车速度在变化．所以适当倾斜以平衡摩擦力，小车所能获得动能完全来源于橡皮筋做的功，故A正确；实验中每根橡皮筋做功均是一样的，所以所用橡皮筋必须相同，且伸长的长度也相同，故B正确；每次实验时橡皮筋伸长的长度都要一致，则一根做功记为W，两根则为2W，故C正确；实验中是通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值，故D错误；只要使用打点计时器的实验，都是先接通电源后释放纸带，故E错误；由于小车在橡皮筋的作用下运动，橡皮筋对小车做的功与小车能获得的最大速度有关，故F正确，G错误．(2)根据描点法可得，如图所示(3)由W­v2图线可知，图象为过原点的直线，因此W和v2成正比关系．[答案](1)ABCF (2)见解析(3)外力做功与物体速度平方成正比【例3】某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理，气垫导轨对滑块的阻力可忽略不计：(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离x＝________cm；(2)若滑块、挡光条和拉力传感器的总质量为M，挡光条的宽度为d，挡光条通过光电门1和2所用的时间分别为Δt1和Δt2，滑块在两光电门间动能的变化量的表达式为__________________________________________________________________________________________________________.(3)对于该实验装置，你认为以下操作和要求一定要完成的是：________.A．需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量B．通过滑轮拉滑块的细绳在运动过程中必须保持与木板平行C．用天平测出砝码盘和砝码的质量mD．气垫导轨左端应垫高以平衡摩擦力[解析](1)光电门1处刻度尺读数为：20.30 cm，光电门2处刻度尺读数为：70.30 cm，故两光电门中心之间的距离s ＝70.30 cm －20.30 cm ＝50.00 cm ；(2)由于光电门的宽度d 很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．滑块通过光电门1的速度为：v 1＝d Δt 1，滑块通过光电门2的速度为：v 2＝d Δt 2，则动能的变化量为ΔE k ＝12Mv 22－12Mv 21＝12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 22－12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 12.(3)A 、该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小，不是将砝码和砝码盘的重力作为小车的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，则A 错误；B 、调节滑轮细线与气垫导轨平行，保证拉力水平，则B 正确；C 、由于有拉力传感器直接显示绳子的拉力即为小车的合力，则不需要测量砝码盘和砝码的质量，C 项错误；D 、气垫导轨喷气可以使小车悬浮在导轨上，不受摩擦力，故不需要平衡摩擦力，D 项错误．故选B.[答案] (1)50.00 (2)12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 22－12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 12(3)B1．某同学用如图所示装置做“探究和物体动能变化的关系”的实验时，先使小车不连接橡皮筋，小车在木板上恰能匀速下滑．则在橡皮筋弹力作用下，合外力对小车所做的功________(选填“大于”“小于”或“等于”)橡皮筋所做的功；若第一、三次分别用一条、三条相同的橡皮筋并在一起做实验，且两次橡皮筋的________相同，则第三次实验中合外力对小车所做的功是第一次实验的________倍．[解析] 小车受重力，支持力，摩擦力和橡皮筋的拉力，正确平衡好摩擦力后进行实验，合外力的功就等于橡皮筋拉力所做的功；因为是相同橡皮筋做实验，且两次橡皮筋的伸长量相同，故三条时橡皮筋做的功应是一条时的3倍．[答案] 等于 伸长量 32．在用如图所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时，(1)为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的________(选填“左端”或“右端”)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________运动．(2)为了使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加，每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸到________．(3)如图所示，在正确操作情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的________部分进行测量．[解析](1)平衡摩擦力时应将木板固定有打点计时器的一侧适当垫高，使小车带动纸带做匀速直线运动．(2)实验时，每次应将不同数量的橡皮筋拉伸到同一位置．(3)橡皮筋做完功后，小车应做匀速运动，实验中应测小车做匀速运动的速度，在纸带上，要选用点迹间距离相等的计数点进行测量，应选用纸带上的GJ部分进行测量．[答案](1)左端匀速(2)相同位置(3)GJ3．下面探究“功与物体速度变化关系”的实验步骤，其合理顺序是________．①将小车拉至图中C处，使AB和BC间距离大致相等，接通打点计时器电源，放开小车，小车带动纸带运动，打下一系列的小点，由纸带分析求出小车通过B位置时的速度v，设第1次橡皮筋对小车做的功为W.②做出W­v、W­v2的图象，分析图象的特点，得出结论．③如图所示，先固定打点计时器，在长木板的两侧A处钉两个小钉，小车放在B处挂上一根橡皮筋(即图示情况)，使橡皮筋处于自由长度．④用2条、3条…同样的橡皮筋进行第2次、第3次…实验，每次实验保持橡皮筋拉伸的长度不变，用同样的方法测出v2、v3…记下2W、3W…记入表格．[解析]合理顺序为③、①、④、②.[答案]③①④②4．在做“探究功与物体速度变化的关系”的实验时，小车的质量为m，使用橡皮筋6根，每次增加一根，实验中W、v、v2的数据已填在表格中．W v/(m·s－1)v2/(m2·s－2)00010.800.642 1.10 1.213 1.28 1.644 1.53 2.345 1.76 3.106 1.89 3.57甲乙(2)从图象可以得出的实验结论是________．[解析](1)将表中的数据分别描在图甲、乙所示的两个坐标系中，然后在图甲中用平滑曲线连接，在图乙中用倾斜直线连接，并且使尽可能多的点分布在曲线上或对称分布在直线两侧，如图甲和乙所示．甲乙(2)从乙图看出W∝v2.[答案](1)见正确解答图(2)W∝v25．某同学用如图所示的装置探究功与物体速度变化的关系．(1)图中所示的电磁打点计时器，应该配备4～6 V的________(选填“交流”或“直流”)电源．(2)实验中为了平衡小车所受的摩擦力，可将木板的________(选填“左”或“右”)端垫起适当的高度．(3)实验中通过改变橡皮筋的________(选填“长度”或“条数”)改变功的值．(4)操作正确的情况下，以功W为纵坐标，以________(选填“v”“v2”或“v”)为横坐标作出的图线最接近一条倾斜的直线．[解析](1)根据打点计时器的构造和原理可知，电磁打点计时器使用的是4～6 V的交流电源．(2)由图可知，小车在橡皮筋拉力作用下向右运动，为使橡皮筋做功为合外力做功，需要进行平衡摩擦力操作，即需要适当垫高木板的左端．(3)实验时，每次保持橡皮筋的形变量一定，当有n 根相同橡皮筋并系在小车上时，n 根相同橡皮筋对小车做的功就等于系一根橡皮筋时对小车做的功的n 倍，这个设计很巧妙地解决了直接去测量力和计算功的困难，故实验中不需要测出一条橡皮筋对小车做功W 的数值，因此只要改变橡皮筋的条数，即可改变做功的数值．(4)根据功能关系可知，作出W 与v 2的关系图象，图象为过原点的一条直线，说明功与v 2成正比．[答案] (1)交流 (2)左 (3)条数 (4)v 26．某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行．打点计时器的工作频率为50 Hz.(1)(多选)实验中木板略微倾斜，这样做是为了________． A ．使释放小车后，小车能匀加速下滑 B ．增大小车下滑的加速度C ．可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功D ．可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动(2)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条…，合并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放小车．把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W 1，第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W 1，…橡皮筋对小车做功后使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出．根据第四次的纸带(如图所示)求得小车获得的速度为________m/s.(3)若根据多次测量数据画出的W ­v 图象如图所示，根据图线形状，可知W 与v 的关系符合实际的是图________．[解析] (1)实验中木板倾斜是为了平衡摩擦力，使橡皮筋松弛后小车做匀速运动，选项C 、D 正确．(2)v ＝4×10－20.02m/s ＝2 m/s.(3)实验证明W ∝v 2，所以W ­v 图线应为一条抛物线，C 正确．[答案] (1)CD (2)2 (3)C7．某同学在探究功与物体速度变化的关系实验中，设计了如图甲所示的实验．将纸带固定在重物上，让纸带穿过电火花计时器或打点计时器．先用手提着纸带，使重物靠近计时器静止．然后接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点．得到的纸带如图乙所示，O 点为计时器打下的第1个点，该同学对数据进行了下列处理；取OA ＝AB ＝BC ，并根据纸带算出了A 、B 、C 三点的速度分别为v A ＝0.12 m/s ，v B ＝0.17 m/s ，v C ＝0.21 m/s.根据以上数据你能否大致判断W ∝v 2?[解析] 设由O 到A 的过程中，重力对重物所做的功为W ，那么由O 到B 过程中，重力对重物所做的功为2W .由O 到C 过程中，重力对重物所做的功为3W .由计算可知，v 2A ＝1.44×10－2m 2/s 2，v 2B ＝2.89×10－2m 2/s 2，v 2C ＝4.41×10－2m 2/s 2，v 2B v 2A ≈2，v 2Cv 2A≈3，即v 2B ≈2v 2A ，v 2C ≈3v 2A由以上数据可以判定W ∝v 2是正确的，也可以根据W ­v 2的图线来判断(如图所示)．[答案] 见解析。

探究功和物体速度变化的关系【教学内容分析】本节内容属于人教社出版的普通高中课程标准实验教科书《高中物理（必修2）》中第五章《机械能守恒定律》的第六节《探究功与物体速度变化的关系》。

本节教材在探究了重力势能和弹性势能的表达式后，再探究功与物体速度的变化的关系，这一方面是新教材注重培养学生探究能力的具体体现，另一方面也为下面导出动能的表达式以及探究动能定理奠定实验基础。

【教学设计思路】本节课课程标准要求学生通过自己的探究活动，形成概念和掌握规律。

在这堂课的教学中，我着重培养学生科学探究的两方面能力：一是设计实验能力，另一个是数据处理能力。

通过这堂课中设计实验的环节，力求激发学生探究未知、敢于创新的意识和乐趣，培养学生科学探究能力和严谨的科学态度。

让学生学会实验数据处理的方法，学会在不同的图象中寻找物理规律。

【学情分析】1．学生已具备控制变量的实验思想，为本节课设计实验环节作了良好的知识准备。

2．学生通过本章第二节《功》的学习，已经知道功与力和力的方向上的位移有关，为设计实验时学生确定如何改变做功的量和量度做功的量作了良好的知识准备。

3．学生通过《高中物理（必修1）》中《探究加速度与力、质量的关系》的学习，对实验中用图象法处理加速度和质量关系的方法已有一定了解，为本节课处理数据作了良好的知识准备。

【教学目标】1．知识与技能：理解“探究功和物体速度变化关系”实验的原理，得到做功和物体速度变化关系的实验结论，掌握应用传感器测量小车瞬时速度的操作技能。

2．过程与方法：经历根据“探究功和速度变化关系”实验目的构思实验方案的过程，发展实验设计能力；经历运用图像探求做功和速度变化定量关系的过程，提高实验数据的处理能力。

3．情感、态度与价值观：通过实验逐步养成学生实事求是和严谨的科学态度，通过对未知规律的探究激发学生学习兴趣和求知欲，并享受成功的愉悦。

【教学重点】探究功与速度变化的关系。

【教学难点】1.探究实验的设计、分析过程。