“探究做功与物体速度变化的关系”教学设计，本文主要内容关键词为：做功论文,教学设计论文,物体论文,速度论文,关系论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、设计思想
指导思想：新课程的性质是让学生体验科学探究过程，了解科学研究方法，增强创新意识和实践能力，增强探索自然的兴趣与热情。探究性学习是全面培养学生综合运用所学知识的能力、收集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力、语言文字能力以及团结协作精神的重要环节，有利于培养学生独立思考的习惯和激发学生的创新意识。
理论依据：注重提高全体学生的科学素养，注重学生自主学习，培养学生科学探究能力，使学生逐步形成科学态度与科学精神是新课程的基本理念。新课程改革模式强调的是学生创新精神和实践能力的培养，即研究性学习。要把研究性学习带进课堂指导教学、培养人才，以适应时代发展的新要求，为此教师必须树立新的教学理念。
设计特色：让学生体验“自主探究”过程，领悟“自主探究”方法，享受“自主探究”乐趣；找出“做功与物体速度变化的关系”。
二、教材分析
1.教学要求
(1)基本要求：知道上述探究活动须测定功与速度这两个物理量；领会教科书中所给的实验方法；理解实验方案中橡皮筋弹力做功大小与橡皮筋的条数成正比；体会取一根橡皮筋所做功为单位来简化问题的思想方法；掌握实验方案中平衡摩擦力的方法；理解当小车做匀速运动时进行速度测量更为合理；体会从寻找W-v的关系转向寻找
关系中所蕴含的思想方法；了解力对物体做功与物体速度变化的关系。
(2)发展要求：根据所学知识设计实验方案，并对不同方案作出评价和选择。
2.本课内容组成
(1)受力分析，平衡摩擦力；(2)变力做功的计算；(3)利用打点计时器测量并计算物体运动的速度；(4)探究力做功与物体速度变化的关系；(5)寻找W与v关系时所用的思想方法。
物理学是一门以实验为基础的自然科学，动手实验这种探究方法在模块学习中有着重要的地位和作用。寻求做功与物体速度变化的关系为“动能”这一重要物理量的确立和“动能定理”这一重要物理规律的得出铺平了道路。
3.与初中教材相关内容的区别和联系
初中已讲到：物体具有做功的本领，是因为它具有能量。做功实质上就是能量转化的过程，力对物体做多少功就有多少能量发生转化。还讲到：物体由于运动而具有的能叫做动能。通过铁锤打击钉子钉入木块实验以及大量事实，表明了“运动物体的质量越大，速度越大，其动能就越大”。本节课与初中教材联系之处是相关内容基本涉及，区别在于初中教材只是定性探究做功与能量变化的关系，定性得出动能的相关因素，而本节课则是定量探究做功与物体速度变化的关系，得出定量结论“做功与物体速度的平方成正比”，为下一节“动能动能定理”做好了充分的准备。
三、学情分析
1.学生已有的认知水平和能力基础
学生初步涉及探究性学习的基本方法，已学习功的概念，会用打点计时器打出的纸带计算物体运动的速度，知道将斜面一端垫高可以平衡摩擦力。
2.学生学习本课可能遇到的困难和问题
实验设计及动手操作，变力功如何求解，如何减少摩擦力的影响，如何处理数据，如何寻找W与v的关系。
3.学生可能采取的学习策略
学生可能会采取“发现问题、收集信息、提出假设、得出结论”这一自主学习、合作学习和探究学习的策略。
四、教学目标
1.知识与技能
(1)知道探究中需测定功与速度这两个物理量。
(2)理解实验方案中改变弹力做功大小的方法。
(3)知道橡皮筋弹力做功大小与橡皮筋的条数成正比，体会取一根橡皮筋所做的功为单位来简化问题的方法。
(4)掌握实验方案中平衡摩擦力的方法步骤。
(5)会选择合适的测量点并进行速度计算。
(6)能根据实验数据分析、总结得出实验结论。
2.过程与方法
(1)领会教科书所给实验方案中的探究过程。
(2)通过用纸带与打点计时器来探究功与速度的关系，体验探究过程中的物理学研究方法。
(3)通过数据处理体会从寻找W-v的关系转向寻找关系中所蕴含的思想方法。
3.情感、态度与价值观
(1)体验探究的困难，加强团队合作精神。
(2)通过实验探究，激发学习兴趣，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。
(3)领悟探究变力做功的奇妙方法，感受探究W与v变化关系的方法，享受成功的乐趣。
五、教学重点难点
教学重点：探究功与速度变化关系的物理过程和物理方法；利用图象法处理数据寻找W-v的关系。
教学难点：(1)实验方案的设计、数据的处理方法——图象法；(2)平衡摩擦力、复杂问题转化为简单问题的方法。
六、教学模式、策略与手段
采用“自主—合作—探究”教学模式，亦即在教学过程中采用提出问题、启发引导、合作探究、自主学习、面向全体学生的模式。学生在教师的引导下进行思考、探究、实验，研究做功与速度变化之间的数字信息、图象信息，寻找做功与速度变化的关系；培养学生的自学能力、合作能力、探究能力、创新能力。
采用启发式提问的教学策略。古今中外的教育家都重视启发式教学，孔子提出“不愤不启，不悱不发”；苏格拉底重视启发，提倡采用设问方式来激发和引导学生自己去寻求正确答案，重视调动学生的主动性。本节课通过教师引导使学生自主地思考、分析、探究、实验；激励学生积极参与教学活动，启迪学生思维，享受探究乐趣。
采用的教学手段是多媒体课件与学生分组实验。
七、课前准备
1.学习准备
组织学生复习功概念、用打点计时器打出的纸带测速度，预习“做功与物体速度变化的关系”，设计除课本所提方案以外的其他实验方案。
2.教学准备
教师钻研教材，确立教学目标，研究创设教学情境的方法，设计好教案，制作多媒体课件，准备实验器材。
3.教学环境的设计与布置
物理实验室，二人一桌；多媒体及实物投影。
4.教学用具的设计和准备
橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等，多媒体课件。
八、教学过程
1.创设情境，导入新课
多媒体课件展示：
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。继续展示：
这一节课我们来研究外力做功和物体速度变化的关系。
2.合作交流，探究新知
实验目的：探究外力做功跟物体速度变化的关系。
需要测量物理量：W、v。
实验方案：采用课本给出的方案（或其他方案，如图1所示）
图1 探究力对物体做的功与物体速度的关系
实验器材：①长木板，两侧适当的对称位置钉两个铁钉；②小车（前面带小钩）；③砝码（与小车相比应该使砝码的质量小些）；④5～6条等长的橡皮筋；⑤打点计时器及纸带；⑥学生电源及导线；⑦刻度尺。
(1)探究思路
［问题1］小车在木板上运动的过程中，哪一阶段橡皮筋对小车做功？
学生：橡皮筋被拉伸直到恢复原长的过程中，橡皮筋对小车做功。
［问题2］橡皮筋对小车的拉力做功如何测量？
学生：利用公式W=FL。
［问题3］橡皮筋的弹力是变力，且弹力与伸长量的关系也不严格遵守胡克定律，能计算橡皮筋做功吗？
学生：不能。
［问题4］怎么办？怎样设计实验才能解决这一问题？（教师启发下回答）
学生：（思考并根据课本回答问题）
小结 如图1，小车在橡皮筋的作用下弹出沿木板滑行，当我们用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一致，那么第2次，第3次……实验中橡皮筋对小车做的功就是第一次做功的2倍、3倍……如果把第一次实验时橡皮筋所做的功记为W，则以后各次做功就是2W、3W……不需要计算具体的做功值。这是本实验的巧妙之处。
［问题5］要得到上述推论，对橡皮筋有什么要求？（启发）
学生：①橡皮筋应完全相同且并联起来拴到小车上拉小车；②每次实验时每条橡皮筋的伸长都和第一次的伸长量相同。
(2)操作技巧
［问题6］橡皮筋对小车所做功是合力所做的功吗？（启发）
学生：还有摩擦力做功。
图2
图3
［问题7］如何使橡皮筋拉力所做功等于合力做的功？（展示图2情景）
学生：把木板的一端垫高，使重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡。
（展示图3情景。当
时平衡摩擦力）
［问题8］怎么样才算达到平衡摩擦力的目的？
学生：轻推小车后，使小车能在木板上拖着纸带匀速下滑。
［问题9］小车在木板上做什么性质的运动？
学生：先变加速后匀速。
［问题10］我们要取的速度是哪个阶段的速度？为什么？
学生1：加速阶段的速度。
学生2：匀速阶段的速度。
（讨论“为什么”后总结：应取橡皮筋恢复原长时的速度即匀速阶段的速度。）
［问题11］这个速度怎么测定？
学生：利用打点计时器，橡皮筋恢复原长以后取一段位移与所用时间的比值v=s/t来计算橡皮筋恢复原长时的速度。
(3)设计实验步骤测定匀速运动的速度
①将打点计时器固定在一块平板上，让纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。将平板安装有打点计时器的一端适当垫高，调整高度，直至轻推小车后使小车恰能在板上做匀速直线运动为止。
②将橡皮筋固定在小车前端。拉长橡皮筋使小车位于靠近打点计时器处，记下小车位置。接通打点计时器电源后释放小车。
③用2条、3条、4条、5条橡皮筋分别代替1条橡皮筋重做上述实验，保证每次释放小车的位置相同，即橡皮筋被拉长的长度相同。
④在上述实验打出的5条纸带上，分别找出小车开始近似做匀速运动的点，并分别测出每次匀速运动时的相应速度
。
(4)设计记录数据表格
学生活动：分组实验并记录数据。（一组参考）
（通过学生分组实验，培养团结协作的团队精神，同时提高学生动手能力。）
教师活动：巡视、指导，解答学生提出的问题，处理突发事件。重点指导一两个组顺利完成实验，以便后面实验数据的处理。
(5)数据分析
［问题12］分析橡皮筋对小车所做功和小车速度的关系。成正比吗？
学生：做功W越多，v越大。不成正比。
［问题13］W与v到底有什么关系？（引导1：用什么方法比较容易看出它们的关系？）
学生：图象！作出W-v图线，发现是条曲线。
［问题14］W与v可能的关系是什么？请你们作出猜想。（引导2：为化难为易，应化曲为直。）
学生：
(6)误差分析
误差是不可避免的，但我们可以尽量减少它。
［误差主要来源］①N根橡皮筋其性能不可能完全相同，即使做功相同橡皮筋伸长量也不会完全一样；
②没有完全平衡摩擦力，所以拉力做功并不是合力所做功；
③测量位移L带来的误差。
［减小误差的方法］①选用橡皮筋：市售橡皮筋规格不能满足实验要求，而且用至4根以上时弹力过大，使打出的纸带点数过少，以致找不出小车在不受弹力做匀速运动时所打出的点迹。为此可以选择服装中使用的多股橡皮筋松紧带，其外形有带状和圆柱状两种。
②实验时可用6根橡皮筋打出6条纸带，连同O点有7个点迹，在描绘曲线时比较容易判断曲线的性质。
③小车、铁钉、打点计时器在长木板上的位置应调整适当，以保证打在纸带上的点迹便于处理，求出小车的速度。
④平衡摩擦力时可使木板略微倾斜，作为补偿。
⑤小车的质量较小，故用多条橡皮筋时打出的点过少，应改用质量稍大的小车（或加砝码），以保证打出的点便于处理。
⑥纸带上的点迹并不均匀，应该选用点迹均匀的部分来确定小车的速度。
(7)思考与讨论：
①如何平衡摩擦力，平衡到什么程度，如何验证？
（让木板有一微小的倾角；使重力沿斜面向下的分力等于摩擦力；轻推小车可使之匀速运动。）
②如何做到每根橡皮筋所做的功都相等？
（使橡皮筋完全相同，且伸长量也一样。）
③思考纸带上打点的分布情况，如何计算小车的末速度？
（打点之间的距离先增大后不变，通过不变的点迹间距求末速度。）
④如何通过图象处理数据？
（将图象做成直线，有利于判断物理量之间的关系。）
例题 如图4所示，小车的运动情况可描述为A、B之间的＿＿运动，C、D之间的＿＿运动；在“探究做功与物体速度变化的关系”时，应计算哪一段的速度？
图4
解析 A、B段点迹间隔变大，说明做加速运动；C、D段点迹间隔均匀，说明做匀速运动。在“探究外力做功与物体速度变化的关系”时，应计算C、D段匀速运动的速度。
3.课堂小结
本节课通过用纸带与打点计时器来探究功与速度的关系，主要体验探究过程及其物理学研究方法，体会从寻找W-v，的关系转向寻找关系时所蕴含的思想方法。
①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方便和可能。如取一根橡皮筋对小车所做功为功的单位W，两根橡皮筋做功无疑是2w，这是何等巧妙！
②将问题进行转换以简化实验过程：探究课题是外力对物体所做总功与速度变化的关系，为此本实验总是让小车从静止开始运动，使测定两个速度（初速度和末速度）的问题转化为仅测定一个末态速度的问题，非常有利于实验操作和数据处理以便发现规律。
③探究W与v的关系转向寻求W与
关系的方法：用图象直观处理。这种巧妙的方法值得学习。
④设法减小实验误差：平衡小车在木板上运动时所受摩擦力以保证小车脱离橡皮筋后做匀速运动；在纸带上选取点迹清楚、间距均匀的部分计算小车的速度。
九、板书设计（略）
十、作业设计
1.在探究“外力做功与物体速度变化关系”的实验中，下列叙述正确的是( )
A.每次实验都必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值
B.实验中，橡皮筋第二次的伸长长度是第一次伸长长度的二倍
C.实验中长木板表面应该尽量光滑且水平放置
D.每次实验都必须先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出
2.本课实验中小车会受到阻力，可以使木板倾斜作为补偿，下面操作正确的是( )
A.使拖着纸带的小车由静止释放，小车不运动即可
B.使拖着纸带的小车由静止释放，小车能运动即可
C.沿木板向下推拖着纸带的小车，放手后打点计时器在纸带上打下的点距均匀即可
D.以上作法都不对
3.本课实验中，小车在橡皮筋的作用下弹出，如何才能保证第二次、第三次……实验时橡皮筋对小车所做功是第一次实验的2倍、3倍……
4.探究过程中，我们是否需要测出橡皮筋做功的具体数值？为什么？
5.若打点计时器的打点时间间隔为0.02秒，则通过下图中纸带上的点距可以求出小车由于橡皮筋做功而获得的速度为＿＿。
6.现有下列器材：电火花打点计时器、重锤、纸带、铁架台、直尺、铅笔等。试设计一个实验，研究合外力做功与物体速度的关系。
要求：(1)构思实验方案；(2)说明操作方法、测量方法和测量数据；(3)说明探究功与速度关系的方法。
答案：1.D；2.C；3.解析：第一，尽可能使用完全相同的橡皮筋；第二，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致。4.解析：不需要，只要第一次实验时橡皮筋做功记为W，以后各次的功就是2W、3W……
5.0.5m/s。
6.解析：(1)设计如图5(a)所示实验。
图5
(2)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(b)所示。取OA=AB=BC，根据纸带即可算出A、B、C三点的速度。
(3)在坐标纸上建立坐标系，通过对数据的分析，作出曲线。