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視頻標簽：功與速度變化的關系
所屬欄目：高中物理優質課視頻
視頻課題：探究功與速度變化的關系_高中物理課堂實錄_甘肅
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探究功與速度變化關系
一、使用教材
人教版高中《物理必修2》第七章第六節《探究功與速度變化的關系》
二、實驗器材
約1m長貼有標尺的導軌一根（窗簾軌道）、導軌支架一個（自制）、小球彈射架（自制）、光電門1個、數字計時器1臺、沙盒1個、12mm直徑鋼球一枚、螺旋測微器1把。
三、實驗創新點或實驗不足與改進
1.恒力功改進：采用軌道+光電門組合。小球沿軌道下滑過程中使小球每次從靜止開始沿軌道下滑至光電門的位移為第一次下滑位移的整數倍，這樣可以使合力做的功倍增。不需要具體測量功的數值，避免了小車在木板上運動需要平衡摩擦力的操作，減小了系統誤差。
2.變力功改進：采用彈射架+軌道+光電門的組合。運用自制彈射架將小球彈出，改變橡皮筋的條數使彈力做的功倍增。輕木桿與圓管摩擦力極小可以忽略，避免了平衡摩擦力，同時避免原實驗方案中小車不能沿直線運動和小車碾壓橡皮筋問題。
3.運用光電門測速度，極大的簡化了速度計算的過程，減小了測量距離帶來的偶然誤差，同時也避免了打點計時器與限位孔之間的摩擦導致的系統誤差。
四、實驗原理/實驗設計思路
課本參考案例2對功的測量采用了倍增法，可以避免直接計算功的數值，這樣的處理特別的巧妙。如何在保持該思路的前提下得到功與速度變化的關系呢？改進方案一中采用了斜槽軌道與光電門的組合。小球沿軌道下滑的位移成倍增加，從而使合力做的功可以成倍增加。第一次下滑位移為x，則合力做的功為w、第二次下滑位移為2x,合力做功為2w、第三次下滑位移為3x、合力做功為3w，以此類推，測出5-6組數據。改進方案二中采用彈射器與光電門的組合，通過改變橡皮筋的條數使功倍增，一條橡皮筋的功為w，兩條橡皮筋的功為2w，三條橡皮筋的功為3w，以此類推，測出5-6組數據，速度通過小球通過光電門的時間就可以得到速度。然后通過EXCEL圖象研究功與速度變化的關系。
五、實驗教學目標
（一） 知識與技能
1.通過具體生活實例，發現做功與速度之間存在一定關系。
2.能設計出合理的實驗方案，會運用圖像分析并處理實驗數據，得出正確的結論。
（二）過程與方法
1.體驗通過科學的探究思路設計實驗方案的過程。
2.通過對變力做功問題的處理，體會科學方法的精妙，掌握圖像法尋找物理規律的方法。
（三）情感態度與價值觀
1.通過親身實踐體會，領略探究過程中避繁就簡的方法選擇，感受實驗探究的快樂。
2.通過分組實驗，養成合作交流意識和團隊合作意識。
六、實驗教學內容
本節課的重點讓學生從實驗中探究和體驗功與速度變化的關系，讓同學們利用原來學過的功的知識、自己設計可行的實驗方案并展示和交流。并通過自行設計的實驗方案或是教師設計的實驗儀器進行實踐、激發學生熱情，開拓學生思路，鍛煉學生能力。
七、實驗教學過程及方案設計
環節一：創設情境 引入新課
教師：同步播放ppt圖片，展示蘋果落地，憤怒的小鳥。
提問：同學們，小時候玩過彈弓嗎？如何將彈丸射出去了？想一想，怎樣讓彈丸獲得更大速度呢？
演示：拉伸彈弓橡皮筋，再釋放橡皮筋，彈丸飛出去。
設計意圖：用學生喜歡的生活中做功使物體速度變化的例子（小時候玩過的彈弓游戲、熟悉的課外活動中球類運動）激發探究的欲望，使學生滿懷興趣地直入主題。
環節二：師導生學 猜想假設
提問：通過上面圖片和實例的分析，我們知道了力對物體做的功越多，物體獲得的速度越大。
提問：我們猜想一下，功與速度會有什么關系？
學生討論交流后猜想：學生思考交流后會答出可能是W∝v,W∝
，W∝
，W∝
環節三：問題引導 制定方案
教師引導：怎么提供物體運動的力，怎么測得速度？
小組內部互相討論，制定實驗方案，并畫在課堂練習本上。經過一段時間后，小組派代表上臺展示自己的設計方案。可能的方案如下：
引導思考：方案一、方案三都屬于恒力做功，怎么確定力做的功。怎么確定速度？學生都能很快得出方法？
方案二是橡皮筋彈力做功，它是變力做功。指導學生閱讀教材 “探究的思路”“操作技巧”部分,學生能夠得出基本的實驗探究方案的步驟，但不完善，讓學生思考以下問題：
1.橡皮筋在哪個階段對小車做功？它對小車做的功怎么確定？
2. 每次實驗中橡皮筋拉伸的長度有什么要求？為什么？
3.小車在木板上做何運動？做功終止狀態時小車速度如何測量？
這一系列問題如何解決會激起學生探究的主動性和積極性，讓學生在思考，爭辯中獲得合理解決問題的辦法。
此時教師提出：在方案一和方案二中小車在運動中會受到摩擦力，摩擦力是否會影響實驗結果呢？如果會，如何來消除摩擦力對實驗結果的影響，怎么判斷摩擦力是否平衡掉了，層層設疑，釋疑，將問題討論引向深入。
教師提出：在方案一中，用鉤碼的重力代替拉力實際上是有誤差的，摩擦力平衡過頭和平衡不足都會帶來比較大的誤差，并且紙帶和打點計時器的限位孔之間會存在摩擦，會帶來系統誤差，有沒有更好的辦法？
環節四：提出問題 方案改進
教師引導，學生思考，我們能不能不用測拉力做功的具體數值，不用平衡摩擦力，消除紙帶與限位孔之間的摩擦？
教師出示自制實驗裝置。并提出期望，希望同學們課后繼續思考，設計出更優秀的實驗方案。這樣學生的思維就不僅僅局限于課堂，思維得到了發散。
環節五：分組實驗，合作探究
學生根據自己的設計方案進行實驗，教師巡視學生操作，及時給與指導。
環節六：數據處理 驗證猜想
學生實驗進行完畢之后，關閉電源。通過坐標紙作出圖像，得到結論。教師通過投影演示運用EXCEL處理實驗數據，邊演示邊引導學生注意操作步驟。以便課后有條件的學生親自動手操作。
| W | D(mm) | t(ms) | v | v2 |
| 0 | 0 | 0 | ||
| 1 | 12 | 22.6 | 0.53 | 0.28 |
| 2 | 12 | 15.9 | 0.75 | 0.57 |
| 3 | 12 | 13.8 | 0.87 | 0.76 |
| 4 | 12 | 11.4 | 1.05 | 1.11 |
| 5 | 12 | 10.4 | 1.15 | 1.33 |
| 6 | 12 | 9.4 | 1.28 | 1.63 |
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
