6.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．二、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．三、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．一、实验步骤(1)按如图7-6-1所示安装好实验仪器．图7-6-1(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．二、数据处理(1)求小车的最终速度：如图7-6-2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.图7-6-2(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 5Wvv2v3v(3)逐一与W的一组数值对照，判断W与v、v、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．三、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．四、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的，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.实验探究1实验原理及注意事项在用如图7-6-3所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时，图7-6-3(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7-6-4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．图7-6-4【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)GJ实验探究2应用图象处理实验数据用如图7-6-5所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时：图7-6-5(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 6Wv/(m·s－1)0 1.00 1.41 1.73 2.00 2.24 2.45图7-6-6(3)根据(2)题中的图象可以得出的结论是________.【导学号：50152123】【解析】(1)小车在水平面运动时，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而运动，橡皮筋对小车做的功与使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W-v2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.教学过程导入新课情景导入情境1 如图所示,奥运会上,某射箭运动员拉弓射箭,箭在弹力作用下,获得很大速度射出去.情境 2 如下图所示,行驶中的汽车,因前方有路障而紧急刹车,汽车在阻力作用下逐渐停下来.以上两种情境有何共同特点?复习导入复习旧知：1.重力做功与重力势能:重力做功与路径无关.重力势能是物体和地球这个系统所共有的,具有相对性.重力做功等于重力势能增量的相反数,即W G =-ΔE p =mgh 1-mgh 2.2.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,和重力势能一样,弹性势能也具有相对性.利用类比和无限分割再累积的方法可以推得弹性势能的表达式.弹性势能的改变与弹力做功有关：W 弹=-ΔE p =22212121kx kx 力对物体做功与动能肯定有关系,而动能与速度直接对应,本节课我们来探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经常遇到这样的例子:要想使汽车运动起来是要消耗汽油的;要想使火箭获得一个很大的速度,从而飞向太空,这同样要消耗大量的燃料;要想使铅球、铁饼等物体获得初速度从而把它们投掷出去,这也需要运动员耗费大量的体力.以上各种现象中,要使物体获得的速度越大,需要付出的代价也越高.这说明了什么物理问题.推进新课一、探究的思路问题探究1.阅读课文,说出该探究实验的目的、实验所需要的器材及实验的设计思路.2.课本中利用不同数目的橡皮筋拉动小车做功,对此,你有何认识?怎样选择橡皮筋才尽可能减小误差?3.实验时为何要平衡摩擦力?如何平衡?4.实验中如何来测定小车的速度?如何从纸带上分析出小车在通过B点时的速度?点评：探究学习方式特别强调问题在学习过程中的重要性.强调通过问题来进行学习,把问题看作是学习的动力、起点和贯穿于学习过程的主线.上述一连串的问题由易到难,由简到繁,由小到大,层层推进,通过问题的设置,引导学生学会思考分析,学会发现问题、解决问题.学生活动:带着问题阅读课文,思考、交流、解决问题,学生代表发言.师生互动:学生代表在回答问题过程中,教师给予评价、引导,使问题的答案准确、规范.实验探究实验目的：(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)体会探究的过程和所用的方法.实验器材:木板、小车、橡皮筋、打点计时器及电源、纸带等.设计思路: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∝v……(5)根据Wv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,就做出Wv2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.注意事项：1.橡皮筋拉小车时的作用力是变力,我们不能求变力做功问题,但选用相同的橡皮筋,且伸长量都一样时,橡皮条数目的关系就是做功多少的关系,因此,可以不需求出变力功的大小,就知道功的关系.2.市售的橡皮筋粗细不一,一致性差,弹力偏大.不同的橡皮筋之间的弹力差异也较大,不能满足本实验的要求.而且用至少4根以上时弹力过大,使打出的纸带点数过少,以致找不出小车不受力匀速运动时所打出的点.可选择服装中使用的多股橡皮筋的松紧带,要仔细地剪成单股.3.实验中的小车不可避免地要受摩擦力的作用,我们研究拉力对小车做功和速度的关系,应排除其他力的影响.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,使重力的分力与摩擦力相平衡,消除摩擦力的影响.4.(1)用打点计时器来测速度;(2)用频闪照相来测速度;(3)用传感器借助计算机来测速度.由于实验器材和每次操作过程的分散性,尤其是橡皮筋不可能做到各条之间的长度、粗细完全一致,使得每次改变橡皮筋的条数以后,纸带上反映小车匀速运动阶段的点数,和这些点的位置不一定出现在事先设定的B点,可能在B点前后.这是因为小车在几条橡皮筋拉动下运动至B点时,还可能受到其中某条橡皮筋的拉力.因此对纸带上的点要进行分析,方法是比较B点之前及B点之后若干个相邻两点间的距离是否基本相同.选择相邻距离基本相同的若干个点作为小车的匀速运动阶段,用这些点计算小车的速度.二、操作的技巧教师活动：利用多媒体展示问题,让学生思考、回答.问题：1.设想若不平衡摩擦,纸带上的点会是什么样的?平衡摩擦之后,做该实验纸带上的点又是什么样的?2.纸带上的点距并不都是均匀的,应该选用哪些点距来确定小车的速度?为什么?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?不这样做会出现什么现象? 学生活动:分组讨论.师生互动:学生发言,教师点评、总结.明确:1.若不平衡摩擦,小车在开始时受橡皮筋的拈力和摩擦力.拉力逐渐变小,摩擦力不变.在两个力相等前做加速度越来越小的加速运动,两力相等时速度达到最大.之后两力的合力方向与速度方向相反,合力开始做负功,做加速度越来越大的减速运动,当橡皮筋恢复原长后仅受摩擦力,做匀减速直线运动.故纸带上的点是两头密、中间疏,几乎找不到间距相等的点.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直线运动,故点迹是开始密,越来越疏,之后间距相等.2.由上述分析可知,平衡摩擦后,纸带上的点并不都是均匀的.在小车做加速运动的过程中,橡皮筋还在继续对小车做功,恢复原长,做功完毕.小车做匀速运动,因此我们要选择点距相等的点来确定小车的速度.具体做法:测出点距相等的n 个点间的位移x,v=Tn x )1( . 3.由上一节探究已经知道,弹簧或橡皮筋弹性势能为21kx 2.每次必须拉至相同位置,目的是保证每次实验每条橡皮筋的弹性势能相同,这样橡皮筋的条数与弹性势能成正比,使得做的功与橡皮筋的条数成正比.随着橡皮筋条数的增多,做功分别为W 、2W 、3W ……若不严格拉至同一位置,就不满足上述情况,造成较大误差.三、数据的处理教师活动：提出问题,让学生思考,回答.问题：1.对于实验所得到的数据,我们如何处理?2.描绘图象时我们应注意哪些问题?学生分析、思考、回答:师生互动:学生回答,教师点评,引导.明确:1.将得到的一组(W,v)值描点于W-v 坐标平面内,从点的分布情况来大致判断应该是什么样的曲线,然后分别试探画出W 与v 、W 与v 2、W 与v 3、W 与v 之间的图象.因为直线关系最容易判断两个物理量的关系,所以通过试探,找出哪一组是正比关系,最后确定功与速度的最终关系,也可借助计算机来进行分析、整理.2.数据处理同样体现了探究问题的思路,在Wv 坐标系中描绘出W 、v 的各对应点后,既要观察各点的位置关系,又要思考这些点之间应有的函数关系.由于实验误差,这些点的位置有可能表现为直线分布,也可能表现为曲线分布.一般呈直线分布的原因是由于橡皮筋的拉力较大,小车的速度比较大,加之实验次数少,所取的点数也少,使W 、v 各对应点近似成线性分布.可以从两方面解决:在小车上加砝码,增大小车质量,使小车速度不致过快;另外在画图时加大纵坐标的单位长度.从原点O 开始描绘图线也可以避免画成直线.画图线时应画成平滑的曲线,不能连成折线;在画直线时应尽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,如图甲、乙所示.教师活动:要求学生根据实验的设计思路,归纳进行实验的步骤.分小组进行实验,教师观看学生实验,及时给予帮助或引导.学生活动:归纳实验步骤,按步骤进行实验.问题探究问题:研究汽车的制动距离与车速的关系导思：汽车的制动性能，是衡量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逐渐停止运动.下表中记录的是汽车由不同速率行驶时，汽车速率v/(km·h-1) 制动距离s/m10 120 440 1660 ？可以根据表中的数据，分析以下问题：1.为什么汽车的速率越大，制动的距离也越大？2.让汽车载上3名乘客，再做同样的测试，结果发现制动距离加长了.试分析原因.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.试说明你分析的依据和过程.你可以运用动能定理列方程组解答，也可以通过分析表中的数据，找出车速v跟制动距离s的（比例）关系，从而求出当汽车速率为60 km/h时的制动距离.探究：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.假设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，因而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.因此，在制动过程中克服阻力做功越多，冲出的距离就越长.当公路上行驶的车辆意外发生碰撞时，它们的损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.因此在公路上，尤其是在高速公路上，都有限制车速的标志.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，即使驾驶员踩油门，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.例关于探究功与物体速度变化的关系实验中,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解析：本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳,只要测出以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必须保持一致,只有这样才能保证以后各次实验时,橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍,B错.小车运动中会受到阻力,只有使木板倾斜到一定程度,才能减小误差,C错.实验时,应该先接通电源,让打点计时器开始工作,然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出,D正确.答案：D点评：做实验前,要先了解探究的内容、思路、方法,才能对实验中存在的问题进行正确处理. 例2 某同学在探究功与物体速度变化的关系时得到了W与v的一组数据,请你对这些数据W 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00v/(m·s-1) 0.00 0.80 1.10 1.28 1.53 1.76 1.89 v20.00 0.64 1.21 1.64 2.34 3.10 3.57解析：以W为纵坐标,v为横坐标,作出W-v曲线.以W为纵坐标,v为横坐标,作出W-v曲线.由图象可看出:W∝v2.点评：用图象法分析两物理量之间的关系,很直观,也很清晰.[=LT1(3[=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，使重物静止在靠近计时器的地方.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=0.21m/s.根据以上数据你能否大致判断W∝v2?解答：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的过程中，重力对重物所做的功为3W.由计算可知，2A v=1.44×10-2 m 2/s 2，2B v =2.89×10-2m 2/s 2，2Cv =4.41×10-2 m 2/s 2，22A B v v≈2，22AC v v ≈3，即2B v ≈22A v ，2C v ≈32A v .由以上数据可以判定W ∝v 2是正确的.也可以根据W-v 2的曲线来判断. 课堂训练1.本节是一个探究性实验,探究的目的是（ ） A.探究力与物体运动速度的关系 B.探究力与物体运动加速度的关系C.探究力对物体做的功与物体加速度变化的关系D.探究力对物体做的功与物体速度变化的关系 答案：D2.对于橡皮筋做的功来说,直接测量是有困难的.我们可以巧妙地避开这个难题而不影响问题的解决,只需要测出每次实验时橡皮筋对小车做的功是第一次实验的多少倍，使用的方法是（ ）A.用同样的力对小车做功，让小车通过的距离依次为l 、2l 、3l ……进行第1次、第2次、第3次……实验时,力对小车做的功就是W 、2W 、3W 、……B.让小车通过相同的距离，第1次力为F ，第2次力为2F 、第3次力为3F……实验时，力对小车做的功就是W 、2W 、3W……C.选用同样的橡皮筋，在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致，当用1条、2条、3条……同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第3次……实验时，橡皮筋对小车做的功就是W 、2W 、3W……D.利用弹簧测力计测量对小车的拉力F ，利用直尺测量小车在力作用下移动的距离l ，便可以求出每次实验中力对小车做的功，可控制为W 、2W 、3W…… 答案：C3.在本实验中，小车在运动中会受到阻力作用,在小车沿木板滑行的过程中，除橡皮筋对其做功以外，还有阻力做功，这样便会给实验带来误差，我们在实验中想到的办法是使木板略微倾斜.对于木板的倾斜程度，下面说法中正确的是（ ） A.木板只要稍微倾斜一下即可，没有什么严格的要求 B.木板的倾斜角度在理论上应满足下面条件，即重力使物体沿斜面下滑的分力应等于小车受到的阻力C.如果小车在滑行的木板上能做匀速运动，则木板的倾斜程度是符合要求的D.其实木板不倾斜，问题也不大，因为实验总是存在误差的 答案：BC4.在探究功与物体速度变化的关系实验中作出Wv 图象如图所示,符合实际的是（ ）答案：C5.在探究功与物体速度变化关系的实验中，某同学在一次实验中得到了一条如图所示的纸带,这条纸带上的点两端较密，中间稀疏.出现这种情况的原因可能是( )。
2014年高中物理 5.2 平抛运动教学设计新人教版必修2一、任务分析1．学情分析本节课的授课对象是女子中学高二年级物理班的学生。
她们已经掌握了运动合成和分解的知识，知道了平抛运动的基本规律，会熟练操作ipad。
女生在理科学习方面具有形象思维比较突出、抽象思维相对薄弱特点，需要教师特别注重情景的创设，引导她们将所学的知识和生活实际联系在一起，注重以情带知、知情统一，使她们积极主动地投入到物理学习中去。
2．教材分析本节课所用的教材是由华东师范大学出版社出版的《高级中学拓展型课程II》物理课本，选取的课题是第一讲中的《B 平抛运动》。
平抛运动是匀变速曲线运动的典型代表，是一种最基本、最重要的曲线运动，是运动的合成和分解知识的应用，是理解和掌握其他曲线运动的基础。
认识平抛运动采用的是运动的合成与分解的方法，它是一种研究问题的方法，这种方法在“运动的合成与分解”的学习中学生已有基础，本节课是“平抛运动”的第二课时。
因此，在教学中应让学生主动尝试应用平抛物体运动规律来解决实际问题。
这一学习过程的经历，能激发学生探究未知问题的乐趣，领悟怎样将复杂的问题化为简单的问题，将未知问题化为已知问题。
日常生活中平抛运动的现象也较多，通过与生活实际的联系，可以使学生更深入了解运动的规律。
本节课的教室设有无线网络，可以将各台ipad的屏幕实时投影，便于师生间开展互动。
本设计从分析卡通片中的一段视频开始，认识研究平抛运动的方法。
通过学生分组射箭比赛，以及最佳射箭方案的比较，进一步掌握平抛运动的基本规律。
最后结合ipad上的物理视频软件（vernier Viedo Physics）等，对一段小球做平抛运动的视频进行深入的分析，完成测量汽车瞬时速度的任务，让学生感到物理学并不枯燥，它不仅体现在课堂中，而且存在于日常生活中。
3．特色介绍本节课的授课，需要借助ipad在无线网络环境下进行。
课堂上学生可以利用手中的ipad，通过无线网络，随时将学生的讨论过程和结果用秀我（show me）软件记录下来，并投射到大屏幕上，及时进行交流、展示。
7.动能和动能定理 学 习 目 标知 识 脉 络1.知道动能的概念及定义式，会比较、计算物体的动能.2.理解动能定理的推导过程、含义及适用范围，并能灵活应用动能定理分析问题．(重点)3.掌握利用动能定理求变力的功的方法．(重点、难点)动能的表达式[先填空]1．定义物体由于运动而具有的能量．2．表达式E k ＝12m v 2.3．单位与功的单位相同，国际单位为焦耳．1 J ＝1_kg·m 2·s －2.4．物理量特点(1)具有瞬时性，是状态量．(2)具有相对性，选取不同的参考系，同一物体的动能一般不同，通常是指物体相对于地面的动能．(3)是标量，没有方向，E k ≥0.[再判断]1．两个物体中，速度大的动能也大．(×)2．某物体的速度加倍，它的动能也加倍．(×)3．做匀速圆周运动的物体的动能保持不变．(√)[后思考]图7-7-1(1)滑雪运动员从坡上由静止开始匀加速下滑，运动员的动能怎样变化？【提示】增大．(2)运动员在赛道上做匀速圆周运动，运动员的动能是否变化？【提示】不变．[合作探讨]歼-15战机是我国自主研发的第一款舰载战斗机，如图7-7-2所示：图7-7-2探讨1：歼-15战机起飞时，合力做什么功？速度怎么变化？动能怎么变化？【提示】歼-15战机起飞时，合力做正功，速度、动能都不断增大．探讨2：歼-15战机着舰时，动能怎么变化？合力做什么功？增加阻拦索的原因是什么？【提示】歼-15战机着舰时，动能减小．合力做负功．增加阻拦索是为了加大对飞机的阻力．[核心点击]1．动能的特征(1)是状态量：与物体的运动状态(或某一时刻的速度)相对应．(2)具有相对性：选取不同的参考系，物体的速度不同，动能也不同，一般以地面为参考系．(3)是标量：只有大小，没有方向；只有正值，没有负值．2．动能的变化(1)ΔE k ＝12m v 22－12m v 21为物体动能的变化量，也称作物体动能的增量，表示物体动能变化的大小．(2)动能变化的原因：合力对物体做功是引起物体动能变化的原因，合力做功的过程实质上是其他形式的能与动能相互转化的过程，转化了多少由合力做了多少功来度量．1．在水平路面上，有一辆以36 km/h 行驶的客车，在车厢后座有一位乘客甲，把一个质量为4 kg 的行李以相对客车5 m/s 的速度抛给前方座位的另一位乘客乙，则行李的动能是( )A ．500 JB ．200 JC ．450 JD ．900 J【解析】 行李相对地面的速度v ＝v 车＋v 相对＝15 m/s ，所以行李的动能E k ＝12m v 2＝450 J ，选项C 正确．【答案】 C2．质量为2 kg 的物体A 以5 m/s 的速度向北运动，另一个质量为0.5 kg 的物体B 以10 m/s 的速度向西运动，则下列说法正确的是( )【导学号：50152125】A ．E k A ＝E k BB ．E k A >E k BC ．E k A <E k BD ．因运动方向不同，无法比较动能【解析】 根据E k ＝12m v 2知，E k A ＝25 J ，E k B ＝25 J ，而且动能是标量，所以E k A ＝E k B ，A 项正确．【答案】 A3．两个物体质量比为1∶4，速度大小之比为4∶1，则这两个物体的动能之比( )A ．1∶1B ．1∶4C ．4∶1D ．2∶1【解析】 由动能表达式E k ＝12m v 2得E k1E k2＝m 1m 2·⎝ ⎛⎭⎪⎫v 1v 22＝14×⎝ ⎛⎭⎪⎫412＝4∶1，C 对． 【答案】 C动能与速度的三种关系 (1)数值关系：E k ＝12m v 2，速度v 越大，动能E k 越大．(2)瞬时关系：动能和速度均为状态量，二者具有瞬时对应关系．(3)变化关系：动能是标量，速度是矢量．当动能发生变化时，物体的速度(大小)一定发生了变化，当速度发生变化时，可能仅是速度方向的变化，物体的动能可能不变．动能定理[先填空]1．动能定理的内容力在一个过程中对物体做的功，等于物体在这个过程中动能的变化．图7-7-32．动能定理的表达式(1)W ＝12m v 22－12m v 21.(2)W ＝E k2－E k1.说明：式中W 为合外力做的功，它等于各力做功的代数和．3．动能定理的适用范围不仅适用于恒力做功和直线运动，也适用于变力做功和曲线运动情况．[再判断]1．外力对物体做功，物体的动能一定增加．(×)2．动能定理中的W为合力做的功．(√)3．汽车在公路上匀速行驶时，牵引力所做的功等于汽车的动能．(×)[后思考]骑自行车下坡时，没有蹬车，车速却越来越快，动能越来越大，这与动能定理相矛盾吗？图7-7-4【提示】不矛盾．人没蹬车，但重力却对人和车做正功，动能越来越大．[合作探讨]如图7-7-5所示，物体(可视为质点)从长为L、倾角为θ的光滑斜面顶端由静止滑下．图7-7-5探讨1：物体受几个力作用？各做什么功？怎么求合力的功？【提示】物体受重力、支持力两个力作用．重力做正功，支持力不做功．合＝mgL sin θ.力做的功W合探讨2：如何求物体到达斜面底端时的速度？能用多种方法求解物体到达斜面底端时的速度吗？哪种方法简单？【提示】可以用牛顿定律结合运动学公式求解，也可以用动能定理求解．用动能定理更简捷．[核心点击]1．应用动能定理解题的步骤(1)确定研究对象和研究过程(研究对象一般为单个物体或相对静止的物体组成的系统)．(2)对研究对象进行受力分析(注意哪些力做功或不做功)．(3)确定合外力对物体做的功(注意功的正负)．(4)确定物体的初、末动能(注意动能增量是末动能减初动能)．(5)根据动能定理列式、求解．2．动力学问题两种解法的比较牛顿运动定律运动学公式结合法动能定理适用条件只能研究在恒力作用下物体做直线运动的情况对于物体在恒力或变力作用下，物体做直线运动或曲线运动均适用应用方法要考虑运动过程的每一个细节只考虑各力的做功情况及初、末状态的动能运算方法矢量运算代数运算相同点确定研究对象，对物体进行受力分析和运动过程分析4．(多选)一物体在运动过程中，重力做了－2 J的功，合力做了4 J的功，则()A．该物体动能减少，减少量等于4 JB．该物体动能增加，增加量等于4 JC．该物体重力势能减少，减少量等于2 JD．该物体重力势能增加，增加量等于2 J【解析】重力做负功，重力势能增加，增加量等于克服重力做的功，选项C错误，选项D正确；根据动能定理得该物体动能增加，增加量为4 J，选项A 错误，选项B正确．【答案】BD5．如图7-7-6所示，AB为固定在竖直平面内的14光滑圆弧轨道，轨道的B点与水平地面相切，其半径为R.质量为m的小球由A点静止释放，求：图7-7-6(1)小球滑到最低点B时，小球速度v的大小；(2)小球通过光滑的水平面BC滑上固定曲面，恰达最高点D，D到地面的高度为h(已知h＜R)，则小球在曲面上克服摩擦力所做的功W f.【导学号：50152126】【解析】(1)小球从A滑到B的过程中，由动能定理得：mgR＝12m v2B－0解得：v B＝2gR.(2)从A到D的过程，由动能定理可得：mg(R－h)－W f＝0－0，解得克服摩擦力做的功W f＝mg(R－h)．【答案】(1)2gR(2)mg(R－h)应用动能定理时注意的四个问题(1)动能定理中各量是针对同一惯性参考系而言的(一般选取地面为参考系)．(2)若物体运动的过程包含几个不同的阶段，应用动能定理时，可以分段考虑，也可以将全过程作为一个整体来处理．(3)在求总功时，若各力不同时对物体做功，W应为各阶段各力做功的代数和．在利用动能定理列方程时，还应注意各力做功的正、负或合力做功的正、负．(4)对于受力情况复杂的问题要避免把某个力的功当做合力的功，对于多过程问题要防止“漏功”或“添功”．高中物理考试答题技巧及注意事项在考场上，时间就是我们致胜的法宝，与其犹犹豫豫不知如何落笔，倒不如多学习答题技巧。
9．实验：验证机械能守恒定律一、实验目的1．会用打点计时器打下的纸带计算物体的运动速度和位移．2．探究自由落体运动物体的机械能守恒．二、实验原理让物体自由下落，在忽略阻力的情况下，探究物体的机械能守恒，有两种方案探究物体的机械能守恒：1．以物体下落的起始点O 为基准，测出物体下落高度h 时的速度大小v ，若12m v 2＝mgh 成立，则可验证物体的机械能守恒．2．测出物体下落高度h 过程的初、末时刻的速度v 1、v 2，若关系式12m v 22－12m v 21＝mgh 成立，则物体的机械能守恒．三、实验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、低压交流电源(4～6 V)、重物、毫米刻度尺、纸带(带夹子)、复写纸片、导线.一、实验步骤1．安装置：按图7-9-1将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路．图7-9-12．打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方．先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落．更换纸带重复做3～5次实验．3．选纸带：选取点迹较为清晰且有1、2两点间的距离约为2 mm 的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2 mm 的第一个点作为起始点，记作O ，在距离O 点较远处再依次选出计数点1、2、3…4．测距离：用刻度尺测出O 点到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h 1、h 2、h 3…二、数据处理1．计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O ，在纸带上从离O 点适当距离开始选取几个计数点1、2、3…n 并测量出各计数点到O 点的距离h 1、h 2、h 3…h n 再根据公式v n ＝h n ＋1－h n －12T，计算出1、2、3、4、…n 点的瞬时速度v 1、v 2、v 3、v 4…v n .2．机械能守恒验证：方法一：利用起始点和第n 点．从起始点到第n 个计数点，重力势能减少量为mgh n ，动能增加量为12m v 2n ，计算gh n 和12v 2n ，如果在实验误差允许的范围内gh n ＝12v 2n ，则机械能守恒定律得到验证．方法二：任取两点A 、B .从A 点到B 点，重力势能减少量为mgh A －mgh B ，动能增加量为12m v 2B －12m v 2A ，计算gh AB 和12v 2B －12v 2A ，如果在实验误差允许的范围内gh AB ＝12v 2B －12v 2A ，则机械能守恒定律得到验证．方法三：图象法． 计算各计数点12v 2，以12v 2为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h 为横轴，根据实验数据绘出12v 2-h 图线．若在误差许可的范围内图象是一条过原点且斜率为g 的直线，则验证了机械能守恒定律．图7-9-2三、误差分析1．在进行长度测量时，测量及读数不准造成误差．2．重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象．3．由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差．四、注意事项1．应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力．(2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，使空气阻力减小．2．纸带选取：(1)以第一个点为起点时，要验证的是12m v 2n ＝mgh n ，必须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点，所以前两个点的间距为h ＝12gt 2＝12×10×(0.02)2m ＝2 mm.(2)以下落中某点为起点时，要验证的是12m v2m－12m v2n＝mgh mn，这时选择纸带不需要满足两点间距为2 mm.3．计算速度时不能用v＝gt或v＝2gh，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误．实验探究1实验原理和操作步骤在“验证机械能守恒定律”的实验中，下面列出一些实验步骤：A．用天平称出重物和夹子的重量B．把重物系在夹子上C．将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子靠近打点计时器静止D．把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6 V(电源不接通)E．把打点计时器固定在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上F．在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据G．用秒表测出重物下落时间H．接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带I．切断电源J．更换纸带，重新进行两次K．在三条纸带中选出较好的一条L．进行计算，得出结论，完成报告M．拆下导线，整理器材以上步骤中，不必要的有________，正确步骤的合理顺序是________(填写字母)．【解析】只为了验证机械能守恒，没必要称量重物的质量．打点计时器本身就是计时仪器，不再需要秒表．【答案】AG EDBCHIJMKFL实验探究2 数据处理与误差分析某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分．剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图7-9-3中，单位是cm.打点计时器工作频率为50 Hz ，重力加速度g 取9.8 m/s 2.图7-9-3(1)重物在2点的速度v 2＝________，在5点的速度v 5＝________，此过程中动能增加量ΔE k ＝________，重力势能减少量ΔE p ＝________.由以上可得出实验结论____________________________________________________________________________________________________________________________.(2)重物获得的动能往往________(A.大于 B ．小于 C ．等于)减少的重力势能，实验中产生系统误差的原因是____________________________________．(3)根据实验判断下列图象正确的是(其中ΔE k 表示重物动能的变化量，Δh 表示物体下落的高度)( )【解析】 (1)根据匀变速直线运动的规律，可以求出重物在2点的速度v 2＝(2.8＋3.2)×10－22×0.02m/s ＝1.50 m/s ，重物在5点的速度v 5＝(4.0＋4.3)×10－22×0.02m/s ＝2.075 m/s ，所以动能增加量为ΔE k ＝12m v 25－12m v 22＝1.03m J ，重物从2点到5点，重力势能减少量为ΔE p ＝mgh 25＝m ×9.8×(3.2＋3.6＋4.0)×10－2 J ＝1.06m J ，由以上可得出实验结论为：在误差允许的范围内，机械能守恒．(2)由于纸带受到摩擦力作用，需克服摩擦力做功，所以获得的动能小于减少的重力势能．(3)重物机械能守恒，重物减少的重力势能转化为增加的动能，即ΔE k ＝mg Δh ，可见重物增加的动能与下落的距离成正比，选项C 正确．【答案】 (1)1.50 m/s 2.075 m/s 1.03m J 1.06m J 在误差允许的范围内，机械能守恒(2)B纸带受到摩擦力作用(3)C高中物理考试答题技巧及注意事项在考场上，时间就是我们致胜的法宝，与其犹犹豫豫不知如何落笔，倒不如多学习答题技巧。
