师:各位同学,大家好。今天我们一起来学习八年级物理第十一章第一节第二课时功的测量。这节课我们有两个学习目标:第一,会利用功的概念测量生活中功的大小;第二,会设计和分析实验,并完成实验报告。首先,我们一起来回顾复习一下上一节课所学的基础知识,请同学们回答我的问题。功的概念,大家看这个情景,甲和乙分别用F1和F2作用在箱子上,甲没有推动箱子,乙使箱子水平移动一段距离s。甲和乙对箱子做功了吗?
生:甲没有对箱子做功,乙对箱子做了功。
师:对,物体在力的方向上移动了一段距离,就说这个力对物体做了功。有时为了叙述方便,某个力做功往往也说成施力物体做了功。那我们知道做功包含的两个必要因素是什么呢?
生:是作用在物体上的力和物体在这个力的方向上移动的距离。
师:回答正确。做功包含两个必要因素:一是作用在物体上的力,如图F2;二是物体在这个力的方向上移动的距离,如图s。接下来我们复习功的计算。如图所示,如果知道乙作用在箱子上的力F2等于20牛,箱子在力F2的方向上移动的距离s等于5米,那么乙对箱子做的功是多少?如何计算呢?
生:根据功的计算公式w = fs,可以得出乙对箱子做的功为w乙 = F2s = 20牛×5米 = 100焦耳。
师:回答正确。首先根据功的公式w = fs得到w乙 = F2s,然后代入数据可算出做功的大小。通过三位同学的回答,我们更加明确功的概念、做功的两个必要因素和功的计算。如果我们能测出力的大小,又知道物体在这个力的方向上移动的距离大小,我们就可以测出这个力做功的大小了。接下来我们进入今天的主题——功的测量实验。目的是测量拉力对物体做的功,实验要求用水平拉力两次拉水平面上的物体做匀速直线运动,使其运动相同的距离,要求物体运动的快慢不同,测量拉力对物体做的功。大家注意圈关键词:匀速直线运动、相同的距离、快慢不同。实验前需要同学们明确几个问题:一、实验的原理是什么?我们来看本次实验的目的,测量拉力对物体做的功,做功意味着要涉及到功的计算,也就是要运用到功的计算公式w = fs。所以实验的原理就是功的计算公式w = fs。问题二,实验中需要用到什么实验器材?这个问题需要大家看到我们的实验原理,即功的计算公式w = fs。f是拉力,所以需要用弹簧测力计来测量;s是物体在力的方向上移动的距离,需要用刻度尺来测量。所以实验器材有弹簧测力计、刻度尺。当然还要根据自己实验补充其他实验器材,比如我们的测量对象木块,还有辅助器材木板、细绳等等。问题三,实验需要记录哪些数据呢?我们来根据实验要求,用水平拉力两次拉水平面上的物体做匀速直线运动,使其运动相同的距离,要求物体运动的快慢不同,测量拉力对物体做的功。我们来圈一下关键词:水平拉力,所以要记下拉力大小的数据,填到表格当中;距离,所以要记下距离大小的数据,填到表格当中;拉力对物体做的功,所以要记下做功大小的数据,也是填到表格当中;快慢不同,因此我们要在表格上写上速度快慢这一项内容,根据实验要求,实验一填较慢,实验二填较快。综上所述,同学们把几个问题明确后,我们的实验报告的基本框架就出来了,接下来进行实验操作。我们先来看一位同学的实验操作,这位同学的操作正确吗?请小康同学来回答。
生:我认为这位同学的操作是错误的,因为拉力方向与物体运动方向不是同一个方向。
师:回答很好,我们画出木块受力方向f和运动方向s,发现拉力的方向和物体运动方向确实不是在一个方向上。那你觉得正确的操作应该是怎么样的呢?
生:我们应该将弹簧测力计水平放置拉动物体,使物体在拉力的方向上做匀速直线运动,记下拉力大小和移动的距离。
师:很好,只有实验操作正确,我们记录的数据才有效。所以同学们在实验操作前一定要熟悉实验步骤。我们来看一下晓康同学写的实验步骤,它用画图的形式配合必要的文字说明,简洁明了,符合我们的实验要求,如弹簧测力计水平拉动物体做匀速直线运动,不同的运动速度。但是第二次实验需要补充s,强调物体在力的方向上运动的距离s相同。明确了实验步骤,我们才能做出正确的操作。
接下来我们来看看这位同学的两次实验操作,两次实验基本上能做到匀速拉动物体,一慢一快,符合实验要求。我们来看一下他设计的实验表格和记录的两次实验数据,他设计的实验表格也基本满足实验要求。我们来分析实验数据,小康同学有疑惑,我们来听听他是怎么说的?
生:我的疑惑是我之前以为速度越快的物体拉力做的功就越多,但实验结果表明两次做功大小相等。
师:好的,有疑惑不用担心,老师来帮你分析一下。根据实验原理w = fs来分析,首先两次实验物体在拉力方向上运动的距离s相等;两次实验物体均做匀速直线运动,所以两次物体都是受力平衡,f都等于f摩。又因为两次实验物体对接触面的压力相同,接触面的粗糙程度相同,所以两次实验物体受到的摩擦力f摩相同,所以物体受到的拉力f也相同。因此我们可以得到结论,两次实验拉力做的功相同,大家清楚了吗?我们从同学们的实验报告中发现,在写实验分析时,有同学是这样写的:两次拉力物体做了功,大小相等,与速度无关。那么两次拉力做的功有什么不一样呢?后面的课程我们将为大家揭晓答案,接下来我们来看看同学们实验报告中的交流与评估部分。我们可以看到很多同学提到实验中很难保持物体做匀速直线运动。我们听听小康是怎么说的。
