高中物理综合实践活动的探索与实践——以探究功与速度变化的关系为例

《实验：探究功与速度变化的关系》说课稿人教版普通高中课程标准实验教科书物理必修2当做功过程对应路径为曲线时，探究力对物体作功与动能变化的关系。

引导学生设定实验情景：什么样的曲线运动？平抛运动或圆周运动在讨论之后确定方案：小球在下落过程中受到拉力T 和重力G 的作用，但只有重力G 对小球做功，即恒力作用下的曲线运动。

探究：如何测得重力做功和物体的速度测量重力做功，需测重物质量、物体下落高度测量物体的速度，需借助光电门利用现成的DIS 数字实验室套件中的机械能守恒演示仪，并稍作调整师：演示实验，通过计算机处理实验数据生：分析数据，讨论得出结论---曲线运动中，上述结论仍然成立。

（相对误差允许的范围之内）实验方案二物体在变力作用下做直线运动变力做功实验的难点是不好定量测定做功值，但教材用当物体位移一定时，所受变力加倍，则变力做功也加倍的关系巧妙地避免了无法求解变力做功的问题，学生也学到了转换思维方式处理问题的方法；如果采用DIS数字实验室系统来进行试验，可以实时测量变力大小，并用计算机辅助求出准确变力做功的值。

问题提出：怎样的变力做功，寻找合适的施力物体答：橡皮筋，橡皮筋的弹力随形变量的变化而变化，形变量直接影响作用点的位移，即弹力随物体的位移变化而变化问：需要那些器材？如何测量变力做功值，如何测量物体速度？实验器材：朗威DISLab 数据采集器、力学传感器、位移传感器、光电门传感器、计算机、橡皮筋、天平、DISLab力学轨道和配套小车等附件实验方案探究：让小车从静止开始，在橡皮筋的拉动下沿光滑轨道做加速运动。

实验之初先探究如何平衡摩擦力。

1、橡皮筋一端连小车，一端连接力传感器，可以测得实时橡皮筋的张力；2、小车上放一位移传感器（发射端），在轨道上的小车释放处固定位移传感器（接收端），小车拉至出发点选择位移传感器通道用数字显示方式调零（接收传感器和发射传感器不需要紧靠）可以通过计算机记录位移变化数据，做出橡皮筋拉力随位移变化关系图。

24实验：探究功与速度变化的关系一、实验目的1．通过实验探究外力做功与物体速度变化的关系。

2．通过实验数据分析，总结出外力做功与物体速度平方的正比关系。

二、实验原理1．改变功的大小：采用实验原理图所示的实验装置，用1条、2条、3条、…规格相同的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释放，橡皮筋拉力对小车所做的功依次为W、2W、3W、…。

2．确定速度的大小：小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出。

3．寻找功与速度变化的关系：以W为纵坐标，v或v2为横坐标，作出W­v或W­v2图像。

分析图像，得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度的定量关系。

三、实验器材小车(前面带小钩)、薄物块、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线(若使用电火花计时器则不用学生电源)、若干条等长的橡皮筋、毫米刻度尺。

四、实验步骤。

筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比。

2．没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时木板倾角过大也会造成误差。

3．利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差。

七、注意事项1．平衡摩擦力时，将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡。

方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到一个合适的倾角。

2．测小车速度时，应选纸带上点迹均匀的部分，即选小车做匀速运动的部分。

3．橡皮筋应选规格一样的。

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。

4．小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些。

例1：某研究性学习小组做探究“橡皮筋做的功和物体速度变化的关系”的实验，下图中是小车在一条橡皮筋作用下由静止弹出沿木板滑行的情形，这时，橡皮筋对小车做的功记为W。

当我们用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放，小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。

《探究功与物体速度变化的关系》实验方案人教版高中物理新课标·必修2，引入“探究功与物体速度变化的关系”实验，通过实验探究对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，目的是为了让学生经历和体验探究的过程，提高理论联系实际的水平。

为下一节“动能和动能定理”的理论推导奠定一个认识基础，通过本节内容的教学，也可以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在恒力做功的条件下成立，在变力做功的条件下也是成立的。

依据实验目的可提出三种实验方案，现分别介绍如下：一、通过探究和体验橡皮筋的弹力拉动小车做功使小车获得动能，来探究橡皮筋做的功与小车速度的关系，如图1（见普通高中课程标准实验教科书物理必修2·第七章机械能守恒定律第六节实验：探究功与速度变化的关系）。

1．实验的设计思路：实验中用橡皮筋的弹力拉动小车做功使小车获得动能，探究橡皮筋做的功与小车速度的关系。

橡皮筋的弹力是变力，所做的功是变力功，没有现成的公式可以计算功的大小。

即使知道弹力功的公式也不能用它进行计算，因为橡皮筋的劲度系数也是变化的。

但是在相同的位移情况下，用一条橡皮筋做的功为W，用两条橡皮筋时做的功就是2W，依此类推可以找出功和速度的对应关系。

实验方法巧妙地避开了应用功的公式计算恒力功的大小，设计思路充分体现了探究的精神。

2．注意事项本实验中除了要平衡摩擦力（滑轮和细绳、小车和木板、打点计时器和纸带之间等）外，橡皮筋也是影响实验效果的关键因素。

因此建议选用航模专用橡皮筋。

规格1mm×1mm或2mm ×2的均可。

这种橡皮筋使用前要先用清水洗一下，然后阴干，再用适量中性润滑济（如洗发水或洗手液等）用手搓揉均匀。

用毕可用塑料袋装好放入冰箱里保存，可多次使用。

二、本实验方案是利用钩码通过定滑轮拉动小车做功（重力做功）使小车获得动能，来探究钩码做的功（重力做功）与小车速度的关系（如图2）。

通过这样处理误差来源易于消除，使变力成为了恒力，易于从数量上探究。

实验五：探究功与速度变化的关系一、实验器材二．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，将 一端稍微垫高，使小车能牵引 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v 1，设此时橡皮筋对小车做功为W 1，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 ，每次橡皮筋拉开的长度 ，记录橡皮筋做功2W 、3W 、4W……情况下小车获得的速度v 2、v 3、v 4…….5．分析数据，研究W 与v 的关系当用2条、3条……同样的橡皮筋进行第2次、第3次……实验时，每次实验中橡皮筋拉伸长度都_____________一致，以保证第2次、第3次……橡皮筋的功是________……6．根据实验数据作个W －v 草图，大致判断两个量可能是什么关系．如果认为很可能是W ∝v 2，就作出W －v 2曲线，如果这条曲线是 ，就可以证明你的判断是正确的．三.实验原理1.功的测定根据上图，指出(1) 在试验中橡皮筋在哪个过程中对小车做功？(2) 我们是否能直接测量橡皮筋对小车做功的具体数值？若不能，如何解决该问题？(3) 为了使弹力每次做功成倍率变化，在实验中对橡皮筋和小车释放位置有怎样的要求？2.速度的测定演示：小车被橡皮筋弹射的过程。

(1) 小车做什么运动？(2) 要测量小车在哪段中的运动速度？(3) 根据下图，如何测量这段的运动速度？3.平衡摩擦力 · · · · · · ·x(1) 提出问题：小车运动过程中受几个力？为使橡皮筋的拉力充当合力，其他力应怎样处理？(2) 如何平衡摩擦力？强调注意事项：平衡摩擦力时应将木板放有 的一端垫高，小车 橡皮筋，尾部固定 ，轻推小车使小车沿木板向下能做 运动。

(3) 如何判断小车做匀速运动？四、误差来源：一是由于忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力对实验的影响；二是橡皮筋长度、粗细不一，使得拉力及拉力的功与条数不成正比带来误差；三是纸带上点的间距测量也会带来误差．练习1. (2013·福建高考)在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图甲):①下列说法哪一项是正确的 ( )A.平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上B.为减小系统误差,应使钩码质量远大于小车质量C.实验时,应使小车靠近打点计时器由静止释放②图乙是实验中获得的一条纸带的一部分,选取O 、A 、B 、C 计数点,已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz,则打B 点时小车的瞬时速度大小为 m/s(保留三位有效数字)。

第七章第六节实验：探究功与速度变化的关系（1）实验目的通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系；体会探究的过程和所用的方法（2）实验器材木板、小车、橡皮筋、打点计时器及电源、纸带等。

（3）探究思路（如图所示）①设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W…②由纸带和打点计时器分别测出小车获得的速度v1、v2、v3…③以橡皮筋对小车做的功为纵坐标（以第一次实验时的功W为单位），小车获得的速度为横坐标，作出W—v曲线。

④如果W—v曲线是一条直线，表明W∝v；如果不是直线，可着手考虑是否存在下列关系：W∝v2、W∝v3、W∝……⑤根据W—v草图，大致判断两个量可能是什么关系。

如果认为很可能是W∝v2，就作出W－v2曲线，如果这条曲线是一条直线，就可以证明你的判断是正确的。

（4）注意事项①当用2条、3条……同样的橡皮筋进行第2次、第3次……实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持和第一次一致，以保证第2次、第3次……橡皮筋的功是2W、3W…②可参考下列方法：在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上向下运动时可以保持匀速直线运动状态。

（此时小车上不挂橡皮筋）。

这时小车在向下运动时，受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。

③在用纸带确定由于橡皮筋做功而使小车获得的速度时，应该是橡皮筋恢复形变以后小车的速度，所以在纸带上应选用那些间距较大，具相对均匀的点来确定小车的速度。

④本探究实验中的重要方法及技巧研究两个物理量的比例关系是探究两个量数量关系的重要方法，研究比例关系可以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。

将问题转化以简化实验过程：探究的任务是外力对物体做的总功与速度变化的关系。

6实验 :研究功与速度变化的关系整体设计各样力做功都与其对应的某种能量有关系,研究出它们的关系,就能确定相应能量的表达式 .比如经过重力做功确定了重力势能的表达式,经过弹力做功确定弹性势能的表达式.动能是物体因为运动而拥有的能,物体的动能与它的速度亲密有关, 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,所以力对物体做的功与物体速度变化有密切的关系 .本节课就是研究功与速度变化的关系,为下一节动能的学习作准备.本节是一节研究实验课.在进行实验研究、采集数据时 ,需要考虑什么是有价值的数据,用什么方法来获取数据,以及如何证明这些数据是靠谱的.在进行实验时,操作应规范 ;在采集数据时,应脚踏实地 ,坚持谨慎仔细的科学态度.对实验所获取的结论要会判断能否科学,判断的标准就是看其能否拥有重复性,即无论由哪位同学来做这个实验,也无论做几次,在同意的偏差范围内结果都应当是相同的.过去我们重申的实验,主要所指为操作技术,此刻重申的实验,除了操作技术外,希望学生更加重视实验中的科学思想与技术的学习.比方在研究功与速度变化的关系时,其实不需要计算功的详细数值 ,原由是什么 ?在研究以前 ,要要点掌握本实验中的研究方法.此外用图象办理数据比较形象、直观,并且偏差也小 ,所以这类方法一定能够娴熟应用.教课要点学习研究功与速度变化关系的物理方法,并会利用图象法办理数据.教课难点1.实验数据的办理方法——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术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.过程与方法1.经过纸带与打点计时器来研究功与速度的关系，体验研究过程和物理学的研究方法.2.实质研究过程中如何把变力做功这个问题解决.感情态度与价值观1.体验研究的困难，享受成功的乐趣.2.经过实验研究，领会学习的快乐，激发学习的兴趣；经过亲自实践，建立“实践是查验真谛的独一标准”的科学观 .小车 (前方带小钩及电源、纸带等.),长木板课前准备(双侧适合的对称地点钉两个钉子),橡皮筋 (5— 6条 ),打点计时器教课过程导入新课情形导入情境 1以下图,奥运会上,某射箭运动员拉弓射箭,箭在弹力作用下,获取很大速度射出去.情境 2以以下图所示,行驶中的汽车,因前方有路障而紧迫刹车,汽车在阻力作用下渐渐停下来.以上两种情境有何共同特色?复习导入复习旧知： 1.重力做功与重力势能:重力做功与路径没关.重力势能是物体和地球这个系统所共有的 ,拥有相对性 .重力做功等于重力势能增量的相反数,即 W G=-ΔE p=mgh 1-mgh2.2.弹力做功与弹性势能发生弹性形变的物体各部分之间存在弹性势能,和重力势能相同,弹性势能也拥有相对性.利用类比和无穷切割再积累的方法能够推得弹性势能的表达式.弹性势能的改变与弹力做功有1212关： W p=kx1kx2弹=-ΔE22力对物体做功与动能必定有关系,而动能与速度直接对应,本节课我们来研究功与速度变化的关系 .问题导入“在很早的时候人们就认识到,要想使物体运动是要付出代价的”,在现实生活中我们也常常碰到这样的例子:要想使汽车运动起来是要耗费汽油的;要想使火箭获取一个很大的速度,进而飞向太空 ,这相同要耗费大批的燃料; 要想使铅球、铁饼等物体获取初速度进而把它们扔掷出去,这也需要运动员耗资大批的体力.以上各样现象中,要使物体获取的速度越大,需要付出的代价也越高.这说了然什么物理问题 .推动新课一、研究的思路问题研究1.阅读课文 ,说出该研究实验的目的、实验所需要的器械及实验的设计思路.2.课本中利用不一样数量的橡皮筋拉动小车做功 ,对此 ,你有何认识 ?如何选择橡皮筋才尽可能减小偏差 ?3.实验时为何要均衡摩擦力?如何均衡 ?4.实验中如何来测定小车的速度?如何从纸带上剖析出小车在经过 B 点时的速度 ?点：研究学方式特在学程中的重要性.通来行学,把看作是学的力、起点和穿于学程的主.上述一串的由易到,由到繁 ,由小到大 ,推 ,通的置,引学生学会思虑剖析,学会、解决.学生活 : 着文,思虑、沟通、解决,学生代表言.生互 : 学生代表在回答程中,教予价、引,使的答案正确、范.研究目的：(1) 通研究力物体做的功与物体速度化的关系.(2) 领会研究的程和所用的方法.器械 :木板、小、橡皮筋、打点器及源、等.思路 : 如所示(1)法橡皮筋小做的功分W 、2W 、 3W ⋯⋯(2)由和打点器分出小得的速度v1、 v2、 v3⋯⋯(3) 以橡皮筋小做的功坐(以第一次的功 W 位 ),小得的速度横坐 ,作出 W-v 曲 .(4) 假如 W-v 曲是一条直 ,表示 W ∝ v;假如不是直 ,可着手考能否存在以下关系:W ∝ v2、W ∝ v3、 W ∝v⋯⋯(5) 依据 Wv 草 ,大概判断两个量可能是什么关系.假如很可能是 W ∝ v2,就做出 Wv 2曲 ,假如条曲是一条直,就能够明你的判断是正确的 .注意事：1.橡皮筋拉小的作使劲是力,我不可以求力做功,但用相同的橡皮筋,且伸量都一 ,橡皮条数量的关系就是做功多少的关系,所以 ,能够不需求出力功的大小,就知道功的关系 .2.市售的橡皮筋粗不一,一致性差 ,力偏大 .不一样的橡皮筋之的力差别也大,不可以足本的要求 .并且用起码 4 根以上力大,使打出的点数少 ,致使找不出小不受力匀速运所打出的点.可服饰中使用的多股橡皮筋的松,要仔地剪成股.3.中的小不行防止地要受摩擦力的作用 ,我研究拉力小做功和速度的关系 ,清除其余力的影响 .可将木板的一端稍高 ,推小 ,察小能否做匀速运 ,使重力的分力与摩擦力相均衡 ,除去摩擦力的影响 .4.(1)用打点器来速度;(2)用照相来速度 ;(3)用感器借助算机来速度 .因为器械和每次操作程的分别性完整一致 , 使得每次改橡皮筋的条数此后地点不必定出在预先定的 B 点 ,可能在,特别是橡皮筋不行能做到各条之的度、粗,上反应小匀速运段的点数,和些点的B 点前后 .是因小在几条橡皮筋拉下运至B 点 ,可能遇到此中某条橡皮筋的拉力.所以上的点要行剖析,方法是比 B 点以前及 B 点以后若干个相两点的距离能否基真相同.相距离基真相同的若干个点作小的匀速运段,用些点算小的速度.二、操作的技巧教活：利用多媒体展现,学生思虑、回答.： 1.想若不均衡摩擦 ,上的点会是什么的 ?均衡摩擦以后 ,做上的点又是什么的 ?2.上的点距其实不都是平均的,用哪些点距来确定小的速度?什么 ?3.在改橡皮筋的条数后 ,什么要把小拉到相同的地点放 ?不做会出什么象 ? 学生活 : 分 .生互 : 学生言 ,教点、.明确 :1.若不均衡摩擦,小在开始受橡皮筋的拈力和摩擦力.拉力逐小,摩擦力不 .在两个力相等前做加快度愈来愈小的加快运,两力相等速度达到最大.以后两力的协力方向与速度方向相反,协力开始做功,做加快度愈来愈大的减速运,当橡皮筋恢还原后受摩擦力 ,做匀减速直运.故上的点是两密、中疏,几乎找不到距相等的点.均衡摩擦后 ,小开始做加快度愈来愈小的加快运,橡皮筋恢还原后做匀速直运,故点迹是开始密 ,愈来愈疏 ,以后距相等 .2.由上述剖析可知,均衡摩擦后 ,上的点其实不都是平均的筋在小做功,恢还原 ,做功完 .小做匀速运.在小做加快运的程中,橡皮,所以我要点距相等的点来确定小的速度 .详细做法 :出点距相等的n 个点的位移 x,v=x. (n 1)T3.由上一研究已知道 ,簧或橡皮筋性能1kx2.每次必拉至相同地点 ,目的是保2每次每条橡皮筋的性能相同,橡皮筋的条数与性能成正比,使得做的功与橡皮筋的条数成正比 .跟着橡皮筋条数的增加,做功分 W 、 2W 、3W ⋯⋯若不格拉至同一地点,就不足上述状况,造成大差 .三、数据的理教活：提出,学生思虑 ,回答 .： 1.于所获取的数据,我如何理 ?2.描象我注意哪些?学生剖析、思虑、回答:生互 : 学生回答 ,教点 ,引 .明确 :1.将获取的一 (W,v) 描点于W-v坐平面内 ,从点的散布状况来大概判断是什么的曲 ,而后分探画出 W 与 v、 W 与 v2、 W 与 v3、 W 与v 之的象.因直关系最简单判断两个物理量的关系,所以通探 ,找出哪一是正比关系 ,最后确定功与速度的最关系 ,也可借助算机来行剖析、整理.2.数据理同体了研究的思路,在 Wv 坐系中描出W 、 v 的各点后 ,既要察各点的地点关系 ,又要思虑些点之有的函数关系.因为差 ,些点的地点有可能表直散布 ,也可能表曲散布.一般呈直散布的原由是因为橡皮筋的拉力大,小的速度比大 ,加之次数少 ,所取的点数也少 ,使 W、v 各点近似成性散布 .能够从双方面解决 : 在小上加砝,增大小量,使小速度不致快;此外在画加大坐的位度 .从原点 O 开始描也能够防止画成直.画画成光滑的曲,不可以成折;在画直尽可能使点落在直上,不可以落在直上的点平均散布在直的两,如甲、乙所示.教师活动 : 要修业生依据实验的设计思路,概括进行实验的步骤 .分小组进行实验 ,教师观看学生实验 ,实时赐予帮助或指引 .学生活动 : 概括实验步骤 ,按步骤进行实验 .问题研究问题 :研究汽车的制动距离与车速的关系导思：汽车的制动性能，是权衡汽车性能的重要指标.在一次汽车制动性能的测试中，司机踩下刹车闸，使汽车在阻力作用下渐渐停止运动.下表中记录的是汽车由不一样速率行驶时，制动后所经过的距离 .汽车速率 v/(km ·h-1)制动距离 s/m101204401660？能够依据表中的数据，剖析以下问题：1.为何汽车的速率越大，制动的距离也越大？2.让汽车载上 3 名乘客，再做相同的测试，结果发现制动距离加长了.试剖析原由 .3.设汽车在以 60 km/h 的匀速率行驶的时候制动，在表中填上（没有乘客时的）制动距离的近似值 .试说明你剖析的依照和过程 .你能够运用动能定理列方程组解答，也能够经过剖析表中的数据，找出车速v 跟制动距离 s 的（比率）关系，进而求出当汽车速率为60 km/h 时的制动距离.研究：以汽车为研究对象 .在制动过程中，刹车产生的阻力对汽车做负功，汽车制动后的末速度是零 .假定汽车制动时的阻力不变，由动能定理可知，汽车制动前的初速度（初动能）越大，制动时阻力做的功也越多，因此制动过程中经过的距离也越长.汽车载客越多，汽车的动能越大.所以，在制动过程中战胜阻力做功越多，冲出的距离就越长 .当公路上行驶的车辆不测发生碰撞时，它们的破坏程度和事故的严重性跟碰撞前车辆的动能大小有关，而车辆的动能则取决于车辆的质量和速度的平方.所以在公路上，特别是在高速公路上，都有限制车速的标记.货车、客车的质量较大，对它们速度大小的限制值要比轿车小一些 .如高速公路对中、重型车辆和客车的车速限制一般是100 km/h ，对轿车一般是120 km/h.有的汽车（如城市中的双层客车）在设计时厂家就把车速限制在70 km/h ；当汽车速度高于 70 km/h 时，即便驾驶员踩油门，燃油系统也不会把燃油送到发动机中，直到汽车速度低于70 km/h ，才会恢复供油.例对于研究功与物体速度变化的关系实验中,以下表达正确的选项是（）A.每次实验一定想法算出橡皮筋对小车做功的详细数值B.每次实验中 ,橡皮筋拉伸的长度没有必需保持一致C.放小车的长木板应当尽量使其水平D. 先接通电源 ,再让小车在橡皮筋的作用下弹出分析：本实验没有必需测出橡皮筋做的功究竟是多少焦耳,只需测出此后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足够了,A错 .每次实验橡皮筋拉伸的长度一定保持一致,只有这样才能保证此后各次实验时,橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍,B错 .小车运动中会遇到阻力 ,只有使木板倾斜到必定程度,才能减小偏差错实验时 ,应当先接通电源 ,让打点计时器开始工作 ,而后再让小车在橡皮筋的作用下弹出,D正确.答案： D评论：做实验前 ,要先认识研究的内容、思路、方法,才能对实验中存在的问题进行正确办理.例 2 某同学在研究功与物体速度变化的关系时获取了W 与 v 的一组数据 ,请你对这些数据进行办理 ,并确定 W 与 v 之间的关系 .W0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 -1)0.000.80 1.10 1.28 1.53 1.76 1.89v/(m ·s20.000.64 1.21 1.64 2.34 3.10 3.57v分析：以 W 为纵坐标 ,v 为横坐标 ,作出 W-v 曲线 .以 W为纵坐标 ,v2为横坐标 ,作出 W-v 2曲线 .由图象可看出 :W ∝ v2.评论：用图象法剖析两物理量之间的关系,很直观 ,也很清楚 .[=LT1(3[= 某同学在研究功与物体速度变化的关系实验中，设计了如图564 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，使重物静止在凑近计时器的地方 .而后接通电源，松开纸带，让重物自由着落，计时器就在纸带上打下一系列小点 .获取的纸带如图 5-6-5 所示， O 点为计时器打下的第 1 个点 .该同学对数据进行了以下办理 :取 OA=AB=BC ，并依据纸带算出了 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=0.21m/s.依据以上数据你可否大概判断W ∝ v2?解答：设由物所做的功为O 到 A 的过程中，重力对重物所做的功为W ，那么由O 到2W，由 O 到 C 的过程中，重力对重物所做的功为3W.B 过程中，重力对重由算可知，2-2 2 22-222v2-2 2 2，v B2v C2×m /s ，v B=2.89×，C =4.41×m /s≈2，≈3，v A=1.44 1010 m /s10vA2v A222222是正确的 .也能够依据 W-v 2的曲来判断 .即 v B≈2v A， v C≈3v A.由以上数据能够判断W ∝ v堂1.本是一个研究性,研究的目的是（）A.研究力与物体运速度的关系B.研究力与物体运加快度的关系D.研究力物体做的功与物体速度化的关系答案： D2.于橡皮筋做的功来 ,直接量是有困的 .我能够奇妙地避开个而不影响的解决 ,只需要出每次橡皮筋小做的功是第一次的多少倍，使用的方法是（）A. 用同的力小做功，小通的距离挨次l 、2l、3l⋯⋯行第1次、第 2次、第 3次⋯⋯ ,力小做的功就是W、 2W、 3W、⋯⋯B. 小通相同的距离，第 1 次力 F，第 2 次力 2F、第 3 次力3F⋯⋯，力小做的功就是 W 、 2W 、3W⋯⋯C.用同的橡皮筋，在中每次橡皮筋拉伸的度保持一致，当用 1 条、2条、3条⋯⋯同的橡皮筋行第 1 次、第 2 次、第 3 次⋯⋯，橡皮筋小做的功就是W、 2W、3W⋯⋯D. 利用簧力量小的拉力F，利用直尺量小在力作用下移的距离l ，便能够求出每次中力小做的功，可控制W、 2W 、 3W⋯⋯答案： C3.在本中，小在运中会遇到阻力作用,在小沿木板滑行的程中，除橡皮筋其做功之外，有阻力做功，便会来差，我在中想到的法是使木板稍微斜 .于木板的斜程度，下边法中正确的选项是（）A.木板只需稍微斜一下即可，没有什么格的要求B.木板的斜角度在理上足下边条件，即重力使物体沿斜面下滑的分力等于小遇到的阻力C.假如小在滑行的木板上能做匀速运，木板的斜程度是切合要求的D.其木板不斜，也不大，因是存在差的答案： BC4.在研究功与物体速度化的关系中作出Wv 象如所示,切合的是（）答案： C5.在研究功与物体速度化关系的中，某同学在一次中获取了一条如所示的条上的点两头密，中稀少.出种状况的原由可能是(),A. 电源的频次不稳固C.没有使木板倾斜或倾斜角太小B. 木板倾斜程度太大D. 小车遇到的阻力较大答案： CD 讲堂小结经过本节研究实验,我们学会了一种奇妙的方法:橡皮筋的弹力做功不便于用公式来计算但是改变橡皮筋的条数,保持小车相同的运动距离,则弹力功的大小与橡皮筋的条数成正比.实验过程影响实验结果的原由主假如均衡摩擦能否适合.轻推小车 ,恰巧做匀速直线运动才能够 .,2经过对数据的办理得悉W ∝ v .1.阅读教材中“做一做”,有条件的同学能够在自家电脑上练习.2.试试改良实验装置,说出你的实验原理.板书设计6实验 :研究功与速度变化的关系一、实验目的 :研究功与速度变化的关系二、实验原理 :橡皮筋拉小车做功 ,可用橡皮筋的条数来确定 ,小车获取的速度由打点计时器测出 .三、操作步骤 :(略 )四、注意事项 :均衡摩擦力五、 W ∝v2.活动与研究课题：人骑自行车在平直的路面上运动,当人停止蹬车后 ,车还能持续向前运动.研究外力对车做的功与车速度的关系 .研究方法：运动过程中遇到的阻力可以为大小不变.步骤：1.使自行车获取某一速度后，停止蹬车，让自行车沿着平直路眼行进，用停表测出自行车从停止蹬车到停止运动所用的时间t，用皮尺测出自行车停止蹬车后运动的距离s.2.设自行车无动力后遇到的阻力为 f ，则这一过程阻力所做的功W f=fs ，自行车的初速度v0=2 v =2s/t.3.重复实验步骤 1 能够获取多组t 和 s 的值 .4.经过作 Wv 图象或许计算的方法能够获取Wv 的关系 .设计评论物理学是以察看和实验为基础的,本节就是一节研究实验课.为了能使学生在自己着手实验前能够理解实验的目的、设计思路及实验时应注意的事项,本教课方案采纳了问题研究式教学 .由教师提出一串问题 ,学生疏组议论、思虑、解答 ,使学生在沟通和议论中 ,借助集体的智慧提升了自己的素质 .问题由浅及深 ,层层推动 ,虽有必定的难度 ,但学生略加思虑就能解决 ,在解决问题的过程中学生就会产生自信心 ,乐于学习 .。

实验：探究功与速度变化的关系教案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN“实验：探究功与速度变化的关系”教案新会陈经纶中学黄天平1．教学内容本节课是普通高中课程标准试验教科书《物理必2》（人民教育出版社出版）第7章第6节。

本节教材目的在于为下一节动能定理做准备的，精心探讨实验原理，教师指导演示，让学生边观察，边思考，理解实验原理后，再动手操作，培养学生探究精神和动手能力的同时，对作功与速度平方成正比的物理规律有明确的感性认识，从而为下节动能与动能定理的学习作好准备。

本节课在实验室进行。

2．学生分析学生们日常生活经验告诉他们：对物体作功，会改变物体的速度，但是，怎样把力做功和做功引起的速度的变化定量联系起来是他们难以解决的问题，同学们在橡皮筋的弹力做功的处理和实验数据的处理上会感到迷茫。

通过课前讨论，学生们会得出以下共识：作功与物体速度的关系可能有以下几种情况：W∝V,W∝V2,W∝V3或W（提出假说）；如何去验证我们的猜想呢有哪些实验方法可行呢（迎接挑战，确定通过橡皮筋弹射小车实验验证）操作中要注意哪些问题呢我们能成功吗产生这样的疑问可以催发同学们的求知欲。

3．设计思想教学理念：以学生为主体，强调互动的师生关系，课程进行中渗透科学探究的思想，贴近生活实际，使学生探究自然规律的同时获得学习物理的乐趣，激发学生探究科学的热情。

注重教学过程的科学探究的质量，使学生在课程的学习中提高科学探究的能力。

教学原则：以学生为主体，师生合作互动。

教学方法：试验观察法＋合理推理＋试验验证＋归纳总结4．教学目标知识与技能（1）巩固用打点计时器和纸带测量物体运动速度的方法。

（2）掌握为增强实验的可靠性对实验器材和方法实施控制的技能。

（3）掌握用图像法处理数据的技能。

（4）使用excel软件处理数据的技能。

过程与方法（1）通过参与整个探究过程，体验科学研究的方法和艰辛历程。

（2）通过解决变力做功问题，体会科学方法的精妙。

《实验：探究功与速度变化的关系》讲义一、实验背景在物理学中，功和能的概念是非常重要的。

我们知道，力对物体做功会导致物体的能量发生变化。

而速度是描述物体运动状态的一个重要物理量。

那么，功与物体速度的变化之间到底存在着怎样的关系呢？这就是我们本次实验要探究的问题。

通过这个实验，我们将更深入地理解功和能的概念，以及它们在物体运动中的具体表现。

二、实验目的1、探究外力对物体做功与物体速度变化的关系。

2、学会通过实验数据的处理，得出功与速度变化的定量关系。

三、实验原理1、我们知道，动能的表达式为＄E_k ＝＼frac{1}｛2}mv^2$，其中＄m$ 是物体的质量，＄v$ 是物体的速度。

当外力对物体做功时，物体的动能会发生变化。

2、假设物体在恒力＄F$ 的作用下，沿直线运动了一段距离＄s$，根据功的定义，力所做的功＄W ＝ Fs$。

3、如果实验中通过改变力所做的功，测量出对应的物体速度的变化，就可以探究出功与速度变化之间的关系。

四、实验器材1、长木板（一端带有定滑轮）2、小车3、打点计时器4、纸带5、细绳6、钩码7、刻度尺8、天平五、实验步骤1、安装实验装置将长木板放置在水平桌面上，一端安装定滑轮，把打点计时器固定在长木板的另一端。

用细绳通过定滑轮将小车与钩码连接起来，调整细绳的长度，使小车在运动过程中细绳与木板平行。

2、测量小车质量使用天平测量小车的质量＄m$，并记录下来。

3、平衡摩擦力不挂钩码，轻推小车，使小车在木板上匀速运动，从而平衡摩擦力。

4、进行实验挂上适量的钩码，先接通打点计时器的电源，然后释放小车，让小车在钩码的拉力作用下运动。

打点计时器在纸带上打下一系列的点，记录下车的运动情况。

改变钩码的数量，重复上述步骤，得到多组实验数据。

5、数据处理选取纸带上清晰的点，测量相邻计数点之间的距离，计算出小车通过各段距离所用的时间。

根据公式＄v ＝＼frac{s}｛t}＄计算出小车在不同位置的速度。

计算出外力对小车做的功＄W$（＄W ＝ Fs$，其中＄F$ 为钩码的重力，＄s$ 为小车运动的距离）。

探究功与速度变化的关系实验报告姓名班级一、实验目的：通过实验探究与的关系，希望由此找到表达式的线索.二、实验器材：电源、导线、打点计时器、小车、钩码（橡皮筋）、一端带有滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸等。

三、实验原理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)实验方案：①利用如图甲所示的装置进行实验，小车在重物的牵引力下运动；当小车的质量比重物大很多时，可以把重物所受的重力当作小车所受的牵引力，小车的运动距离和速度可以由纸带测出。

分析牵引力的功W与速度v的关系.②利用如图乙所示的装置进行实验,小车在橡皮筋的作用下弹出；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．甲乙四、实验步骤：方案①1．安装置：将打点计时器固定在铁架台上；用导线将打点计时器与相连接．2．接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落．重复几次,打下3～5条纸带．3．选纸带:选取的，挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0,1,2,3…。

4．数据处理：测出0到点1、点2、点3…的距离,即为对应的下落高度h1、h2、h3…；利用公式v n＝h n＋1－h n－12T，计算出点2、点3、点4…的瞬时速度v1、v2、v3….和相应的功.5、先对测量数据进行估计,或作个W v-草图，大致判断两个量可能的关系，如果认为是2W v∝或其他。

实验：探究功与速度变化的关系知识集结知识元实验：探究功与速度变化的关系知识讲解一．利用橡皮筋做功探究动能定理1.实验目的（1）通过实验探究力对物体做功与物体速度变化的关系．（2）体会探究过程和所用的方法．2.实验原理（1）功的确定：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，….（2）速度的计算：通过对打点计时器所打纸带的测量计算出每次橡皮筋做功结束时小车的速度．（3）分析每次橡皮筋做的功与物体速度的关系，即可总结出功与速度变化的关系．3.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．4.实验步骤（1）按如图所示安装好仪器．（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，不挂橡皮筋，接通电源，轻推小车，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测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋弹力对小车做功为W，并将得到的数据记入表格．（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，测出速度为v2，v3，v4，…，橡皮筋对小车做功分别为2W，3W，4W，…，将数据记入表格．（5）分析数据，尝试做W-v、W-v2等图象，探究W，v的关系．5.注意事项（1）平衡摩擦力的方法：将木板一端垫高，轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到木板的一个合适的倾角．（2）测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动的．（3）橡皮筋应选规格一样的，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．（4）每次释放小车时，都要让它从同一位置由静止开始运动．（5）小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．（6）使小车挂住橡皮筋的中点，放正小车，使小车沿木板的中间线运动.6.数据处理（1）速度数值的获得：实验获得的是如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功与小车速度的关系，需要测量的是弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度．所以，应该在纸带上测量的物理量是图中A1、A3间的距离x，小车此时速度的表达式为v＝，其中T是打点计时器的打点周期．即选择相邻距离基本相同的若干点A1，A2，A3，…来计算小车匀速运动时的速度．（2）计算小车做的功分别为W，2W，3W，…时对应的v，v2，v3，的数值，填入表格．（3）逐一与W的一组数值对照，判断W与v，v2，v3，的可能关系或尝试着分别画出W与v，W与v2，W与v3，W与间关系的图象，找出哪一组的图象是直线，从而确定功与速度的正确关系．7.误差分析误差类别产生原因减小方法偶然误差①橡皮筋长短、粗细不一②纸带上“点”间距离测量不准③描点不准①选用规格相同的橡皮筋②测量、描点尽量准确系统误差忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力实验前精确地平衡摩擦力二．利用牛顿第二定律的实验装置探究动能定理1.实验目的探究外力做功与物体动能变化的定量关系2.实验原理（1）在砝码和砝码盘的质量远小于小车质量时，可以认为细绳的拉力就是砝码和砝码盘的重力．（2）平衡长木板的摩擦力（3）在砝码盘中加放砝码并释放砝码盘，木块在砝码盘对他的拉力作用下做匀加速运动，在纸带记录的物体的匀加速阶段，适当间隔的取两个点A和B．只要取计算一小段的平均速度即可确定A 和B两点各自的速度v A和v B，在这段过程中物体运动的距离s可通过运动的纸带测出，我们即可算出合外力的功W合=F绳s AB，另一方面，此过程中物体的动能变化量为ΔE k=-，通过比较W和ΔE k的值，就可以找出两者之间的关系．3.实验器材长木板（一端带滑轮）、刻度尺、打点计时器、纸带、导线、电源、小车、细线、砝码盘、砝码、天平．4.实验步骤及数据处理（1）用天平测出小车的质量M，及砝码、砝码盘的总质量m．把器材按图装置好，纸带一端固定在小车上，另一端穿过打点计时器的限位孔．（2）把小车靠近打点计时器，用手按住．先接打点计时器电源，再释放小车，让它加速运动．当小车到达定滑轮处（或静止）时，断开电源（3）取下纸带，重复实验，得到多条纸带（4）选取其中点迹清晰的纸带进行数据处理，先在纸带标明计数点，然后取间隔适当的两点A、B两点间的距离S AB，再利用平均速度公式求A、B两点间的速度v A、v B．与E kAB，通过比较W和ΔE k，就可以找出两者之间的关（5）通过实验数据分别求出W合系．5.注意事项（1）实验前应调整长木板的倾角以平衡摩擦力，否则砝码和砝码盘的重力就不是小车受到的合外力．（2）实验时要求砝码和砝码盘的质量远小于滑块的质量．（3）应先接通打点计时器，后释放小车，使其运动．6.误差分析（1）没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大．（2）利用打点的纸带测量位移和计算小车的速度时不准确也会带来误差．例题精讲实验：探究功与速度变化的关系例1.某同学用如图所示的实验装置探究功与速度变化的关系。

7.6探究功与物体速度变化的关系●知识与技能1.会根据打点计时器打出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.重点在数据的测量、处理，得出结论,并对结论进行分析的环节,培养学生初步的收集、处理和交流信息的能力，●情感、态度与价值观1.体验探究的困难,享受成功的乐趣.2.通过分组实验、探究规律的过程,体会科学探究的过程，感受发现规律的乐趣,增强团队意识、加强动手能力及语言表述能力.”教学重难点1.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.2.实验过程中的规范操作.教学过程（一）引入新课教师活动：前面几节课研究了重力做功与重力势能的关系，从而确立了重力势能的表达式。

探究了弹力做功与弹性势能的关系，从而确立了弹性势能的表达式。

这一节和下一节我们来探究功与物体动能的关系。

我们知道物体的动能和速度有关，我们还不能马上研究力对物体做的功和动能的关系，我们先来研究力对物体做的功和速度变化的关系。

（二）进行新课教师活动：指导学生阅读教材“探究的思路”部分，投影问题：（1）探究过程中，我们是否需要测出橡皮筋做功的具体数值？是否需要测出各次小车速度的具体数值？可以怎么做？（2）每次实验中橡皮筋拉伸的长度有什么要求？为什么？（3）小车获得的速度怎样计算？（4）实验完毕后，我们用什么方法分析橡皮筋对小车作的功和小车速度的关系？教师活动：学生实验完毕后，指导学生进行数据处理。

问题：根据测出的数据，怎样预测功与速度的关系？用图象法研究功与速度的关系时怎样使研究过程简便直观？学生活动：思考老师提出的问题，并在坐标纸上建立坐标系，作出W－v2曲线，寻找功与速度的关系。

点评：教师要放开，让学生大胆猜想，独立完成探究过程。

有的学生可能会走弯路，甚至失败，探究结果并不重要，重要的是让学生亲历探究的过程。

试验报告探究功与速度变化的关系实验原理：功是描述力对物体运动的影响的物理量，主要取决于力的大小和物体的位移。

功=力×位移×cosθ，其中θ为力的方向与物体运动方向之间的夹角。

速度是描述物体运动快慢的物理量，是位移随时间的变化率。

根据功的计算公式，可以推导出功与速度的关系：功=力×位移×cosθ=力×速度×时间×cosθ=力×速度×cosθ×时间=动能变化=1/2mv²-1/2mu²，其中m为质量，v为最终速度，u为初始速度。

可见，功与速度的关系是非线性的，功随速度的平方变化。

实验步骤：1.准备一段光滑的直线轨道，轨道两端分别固定一个弹簧弹出的（即力的大小与伸长量成正比）小物块。

2.将一个小物块放在轨道上，使其始终保持静止。

3.缓慢将另一个小物块推向静止的小物块，使其通过碰撞将被推的小物块推向前方。

4.观察并记录被推小物块的速度和位移，利用公式计算功。

5.重复上述步骤，但通过调节推动小物块的初速度，探究不同速度下功的变化。

实验结果与分析：通过多次重复实验，并计算不同速度下的功。

发现在速度增加的过程中，功的值呈现出非线性的增加趋势，其增加率逐渐减小。

实验结果证明了功与速度的平方成正比的关系。

根据实验结果可以得出结论：当速度增加时，功的值增加，但增加率逐渐减小。

实验误差分析：1.实验中存在一定的摩擦力，摩擦力对力的大小和方向产生了影响，可能会对实验结果产生一定的误差。

2.实验中的材料和设备的质量差异可能会对结果产生影响，如弹簧的弹性系数、小物块的质量等。

3.在实验过程中，由于实验者的操作不精确，以及观测仪器的误差，也可能会对结果产生一定误差。

改进方法：1.减小摩擦力对实验的影响，可以在轨道表面涂抹一层光滑剂。

2.选用质量较为均匀的小物块，并进行精确测量。

3.提高实验者的操作技术，减小人为误差。