1、7.5 探究弹性势能的表达式 学习目标: 1、知识与能力(1)知道弹性势能的概念及意义。(2)分析弹性势能和其他形式的能量之间的相互转化;(3)会运用已有知识和方法,使用基本的实验仪器,探究弹性势能的表达式。2、2、过程与方法(1)猜测弹性势能的表达式与哪些因素有关,培养学生科学预测的能力。(2)体会计算拉力做功的方法,体会微分思想和积分思想在物理学上的应用。学习重点理论探究弹性势能公式的过程和方法。学习难点: 如何设置问题,引导学生进行合理的类比和推理,猜测弹性是能的决定因素;推导拉伸弹簧时,用微分、积分思想并借助图象求解出拉力所做功的表达式。【预习案】(一)预习知识:回忆重力势能的相关知识
2、,以及其探究的思想方法(二)教材导读弹性势能的相关因素(基础)1. 列举生活中的一些实例:像撑杆跳、射箭、弹弓等,并说出这些物体有什么共同点。2. 猜测弹性势能与哪些因素有关,并且得到弹性势能的定量表达式。提示:类比思想研究重力势能 重力做功研究弹性势能 弹力做功找到弹力做功与弹性势能的变化关系:当弹簧由原长变化到伸长(或压缩)状态时,弹力做 功,物体弹性势能 当弹簧由伸长(或压缩)状态变化到原长时,弹力做 功,物体弹性势能 平均思想(用平均力来求变力做功)如图1所示,是速度v随着时间t均匀变化,即为匀变速运动的v-t图象,其中求位移一样,因为是匀变速可以用平均速度来求位移,即:x=vtxFO
3、那么同理如图2所示,是拉力随位移x均匀变化的图,平均拉力对这段位移做功: W=Fx,F=kx从而得到W=kx2则此时弹簧的弹性势能也为EP=kx2图2图1【巩固案】如图所示,表示撑杆跳运动的几个阶段:助跑、撑杆起跳、越横杆。试定性地说明在这几个阶段中能量的转化情况。7.6 探究功与速度变化的关系学习目标: 1、知识与能力(1)会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。(2)学习利用物体图像探究功与物体速度变化的关系。2、过程与方法(1)通过用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。学习重点学习探究功与速度变化关系的
4、物理方法,并会利用图像法处理数据。学习难点: 1试验数据的处理方法图像法。 2复杂问题的转化方法。【预习案】(一)预习知识:回忆重力势能、弹性势能的相关知识,及其探究的思想方法(二)教材导读探究思路(基础)我们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;测量力的大小及小车在力的作用下运动的距离,则可以计算出力所做的功。如果力的大小改变了,或者小车在力的作用下运动的距离改变了,力对小车做的功也会改变,小车获得的速度就会不同,由此能够得到功与速度的几组数据,并作出W-v图象,从而分析得到二者之间的关系。阅读参考案例一思考以下问题1实验中需要用到什么仪器?2这个实验要得到的数据有哪些?
5、如何得到?3回忆探究加速度与力、质量关系的实验,想一下这个实验应该注意哪些问题阅读参考案例二思考以下问题1实验中需要用到什么仪器?2这个实验我们仍然可以用打点计时器得到速度,但在求弹力做功时,发现橡皮筋的力是变化的,难以测量它做的功,那么我们如何来解决这个问题呢?【探究案】注意,我们本实验的目的只是为了探究功与速度变化的关系,那么我们能不能不去测量以上那些物理量而得到实验结论呢?实验步骤(参考案例二)1按图装器材,由于小车运动过程中受到阻力,可以把长木板略微倾斜,用以平衡摩擦力。2先用一条橡皮筋实验,把橡皮筋拉伸到一定的长度,接好纸带、接通电源、放开小车。3换用纸带,改用2条、3条同样的橡皮筋
6、进行第二次、第三次实验,每次实验中橡皮筋拉伸长度都相同。4由纸带算出小车获得的速度,把第一次实验获得的功计为W,第二次、第三次计为W的几倍值。5对测量数据进行估计,大致猜想两个量可能的关系。实验注意事项注意事项:1、选用的橡皮筋不宜弹力过大,小车质量不宜太小,否则会使打点计时器在纸带上打出的点数过少,以致找不出小车在橡皮筋恢复原长时做匀速运动所打出的点。2、实验时,应使小车的运动方向、纸带、打点计时器的限位孔在一条直线,以减小摩擦阻力。3、平衡摩擦力时,要轻推一下小车,观察小车是否做匀速直线运动。4、实验中,拉伸橡皮筋应在其弹性限度内,并且保持每次拉伸的伸长量相等。5、实验中,改变橡皮筋条数是
7、,应使每条橡皮筋在自由状态的长度相同,以保证每次实验中每条橡皮筋对小车做工相等。数据的记录(参考表格)W/J/(ms-1)/(ms-2)12数据的处理(图象处理)假设:1.作出的功速度曲线是一条直线,表明橡皮筋做的功与小车获得的速度的关系是正比例关系,即W;2.如果不是直线,就可能是W、W,甚至是W到底是哪种关系呢?先对测量结果进行估计,大致判断两个量可能是什么关系。然后分别作出W、W、W、W图象,从图象中分析判断W与的关系。结论:在物体的初速度为零时功与物体速度变化的关系为 复杂问题的转化这里,我们并不需要测出橡皮筋做功的具体数值,只要测出以后各次实验时橡皮筋做功是第一次实验时的多少倍。这对于本实验已经足够了,这样做大大地简化了操作。具体操作如下:实验时,假如一条橡皮筋拉到某个位置释放对小车做的功为W,第二次、第三次实验时,用完全相同的橡皮筋拉到与第一次相同的位置释放(保持橡皮筋拉伸的长度都一样),那么第二次、第三次实验中橡皮筋对小车做的功就是第一次做的功的两倍、三倍以后各次橡皮筋做的功就是2W、3W由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出,这样进行若干次(6次)测量,就得到若干组功和速度的数据。5