人教版必修二第七章機(jī)械能守恒定律第6節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系教學(xué)設(shè)計(jì)

“探究功與速度變化的關(guān)系”教案 明德中學(xué) 張家明一、教材分析引入本節(jié)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)觀察，大膽猜想，勇于解決問題，為下一節(jié)動(dòng)能和動(dòng)能定理的推導(dǎo)奠定基礎(chǔ)。通過本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)，也可以促使學(xué)生在學(xué)習(xí)動(dòng)能定理后比較深刻地認(rèn)識(shí)到動(dòng)能定理不僅適用于恒力做功，同樣也適用于變力做功。從整體上看，本節(jié)內(nèi)容的安排完全符合人們認(rèn)識(shí)事物的思維過程，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。二、學(xué)情分析對(duì)于功和能的關(guān)系，在前兩節(jié)分別講了重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系、彈力做功與彈性勢(shì)能的關(guān)系，所以學(xué)生已經(jīng)初步認(rèn)識(shí)到通過做功來了解某種能量的變化，從而研究這種能量，也就是學(xué)生已經(jīng)初步體驗(yàn)到“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”，并且學(xué)生已具有一定的知識(shí)遷移能力了。因此可以讓學(xué)生通過類比，從力對(duì)物體做功入手來探究動(dòng)能的變化，但首先要探究功與物體速度變化的關(guān)系。教師要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平和探究任務(wù)的難度采用不同的教學(xué)模式， 根據(jù)問題情景式探究任務(wù)運(yùn)用適當(dāng)?shù)乃季S方法；應(yīng)從學(xué)生已有的認(rèn)知水平出發(fā)，注意把握教學(xué)的難度與深度。三、教學(xué)目標(biāo)(一) 知識(shí)與技能1理解探究性實(shí)驗(yàn)中的探究思路、操作技巧和數(shù)據(jù)處理，能夠自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。2利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度。3運(yùn)用物理圖象探究功與物體速度變化的關(guān)系。(二) 過程與方法1通過實(shí)驗(yàn)操作過程中控制實(shí)驗(yàn)條件的方法，體驗(yàn)知識(shí)的探究過程。2體驗(yàn)通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理尋找物理量間關(guān)系的方法。(三) 情感態(tài)度與價(jià)值觀1通過探究過程體會(huì)物理學(xué)的邏輯之美和方法之美，體會(huì)數(shù)理的巧妙結(jié)合，激發(fā)學(xué)生求知欲和學(xué)習(xí)興趣。2通過實(shí)驗(yàn)探究的各個(gè)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生敢于堅(jiān)持真理、勇于創(chuàng)新和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。四、教學(xué)重點(diǎn)學(xué)習(xí)探究功與速度變化關(guān)系的物理過程和所用方法，并會(huì)利用圖象法處理數(shù)據(jù)。五、教學(xué)難點(diǎn)1探究思路的形成及實(shí)驗(yàn)條件的控制。2用圖象方法分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。六、教學(xué)工具橡皮筋（5根），滑塊，砝碼，氣墊導(dǎo)軌，光電門，刻度尺，打點(diǎn)記時(shí)器（電火花），紙帶，坐標(biāo)紙，多媒體設(shè)備。七、教學(xué)過程設(shè)計(jì)(一) 教學(xué)流程圖 學(xué)生猜想實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)學(xué)生匯報(bào)探究結(jié)果師生共同總結(jié)結(jié)論教師提供儀器，學(xué)生分組探究生活中的實(shí)例引入探究問題(二) 實(shí)驗(yàn)探究過程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)說明復(fù)習(xí)并引入新課1復(fù)習(xí)提問：物體動(dòng)能的含義是什么？2播放視頻并出示思考題：(1) 箭的動(dòng)能從無到有為什么會(huì)發(fā)生變化?(2) 足球的動(dòng)能又為什么發(fā)生改變？3引入：請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)上面的例子總結(jié)一下：改變物體動(dòng)能的原因是什么？而物體的動(dòng)能與物體的速度密切相關(guān)。因此要探究功與動(dòng)能變化的關(guān)系，首先要探究功與速度變化的關(guān)系?；貞浐蠡卮饎?dòng)能含義。觀察后回答：由于弓對(duì)箭做了功和運(yùn)動(dòng)員對(duì)足球做了功。思考后學(xué)生代表發(fā)言：改變動(dòng)能的原因是外力對(duì)物體做了功。通過視頻展示激發(fā)同學(xué)們探究的欲望。新課探究1. 猜想：提出問題：功與速度的變化可能會(huì)是什么關(guān)系？2. 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)2.1 明確探究思路(1) 創(chuàng)設(shè)物理情景,探究外力對(duì)物體做的功。(2) 探究出外力對(duì)物體做功后物體的速度變化。(3) 分析每次功的值和每次對(duì)應(yīng)的速度變化值,尋找外力對(duì)物體做的功與物體速度變化的關(guān)系。2.2 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)(1) 引導(dǎo)學(xué)生思考：你能設(shè)計(jì)什么樣的實(shí)驗(yàn)方案證實(shí)你的猜想？(2) 學(xué)生展示后總結(jié)：前幾種是重力和拉力做功，是恒力的功，后幾種是橡皮筋、彈簧的彈力做功，是變力的功。生活中，我們接觸更多的是變力的功，所以我們就用這種方案進(jìn)行探究。 3. 實(shí)驗(yàn)操作技巧3.1功的測(cè)定(1) 在試驗(yàn)中橡皮筋在哪個(gè)過程中對(duì)小車做功？(2) 我們是否能直接測(cè)量橡皮筋對(duì)小車做功的具體數(shù)值？若不能，如何解決該問題？分組討論，由小組選派代表匯報(bào)討論結(jié)果。分組討論每個(gè)方案的實(shí)驗(yàn)原理、方法、利弊。各小組推舉代表展示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，如：重力法、橡皮筋法等。討論后回答：橡皮筋被拉伸直到恢復(fù)原長(zhǎng)的過程中可能的回答：1.橡皮筋的彈力是變力，不用能恒力功公式計(jì)算；論證學(xué)生提出的實(shí)驗(yàn)方案的可行性，并確定本節(jié)的實(shí)驗(yàn)方案。教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)說明新課探究(3) 為了使彈力每次做功成倍率變化，在實(shí)驗(yàn)中對(duì)橡皮筋和小車釋放位置有怎樣的要求？點(diǎn)撥：這種做法巧妙地回避了具體功數(shù)值的計(jì)算，可使問題簡(jiǎn)化，但對(duì)橡皮筋的要求比較高。3.2 速度的測(cè)定演示：小車被橡皮筋彈射的過程。(1) 小車做什么運(yùn)動(dòng)？(2) 要測(cè)量小車在哪段中的運(yùn)動(dòng)速度？(3) 如何測(cè)量這段的運(yùn)動(dòng)速度？3.3 平衡摩擦力(1) 提出問題：小車運(yùn)動(dòng)過程中受幾個(gè)力？為使橡皮筋的拉力充當(dāng)合力，其他力應(yīng)怎樣處理？(2) 如何平衡摩擦力？引導(dǎo)學(xué)生思考平衡摩擦力的方法并黑板作圖：強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)：平衡摩擦力時(shí)應(yīng)將木板放有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端墊高，小車不連橡皮筋，尾部固定一紙帶，輕推小車使小車沿木板向下能做勻速運(yùn)動(dòng)。(3) 如何判斷小車做勻速運(yùn)動(dòng)？2. 設(shè)法讓彈力每次做功成倍率變化?？赡艿幕卮穑河?根、2根相同的橡皮筋進(jìn)行測(cè)量，且小車每次釋放的位置應(yīng)相同。討論后選派代表回答：小車先加速后勻速運(yùn)動(dòng)；要測(cè)量的是做勻速運(yùn)動(dòng)的速度；在紙帶上選取間距均勻的點(diǎn)來確定小車獲得的速度，即。小組討論，并推舉代表回答：重力、支持力、摩擦力、橡皮筋的彈力；將其他力平衡掉。思考后回答：可把長(zhǎng)木板一端墊高，使重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。充分討論后代表發(fā)言：如果紙帶上打出的點(diǎn)間距是均勻的，說明小車做勻速運(yùn)動(dòng)。通過相關(guān)問題的設(shè)置和學(xué)生的回答情況，教師強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)探究中應(yīng)注意的事項(xiàng)。讓學(xué)生掌握從紙帶獲取數(shù)據(jù)、計(jì)算小車速度的方法。讓學(xué)生概括總結(jié)出實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)誤差的主要原因及解決方案，提高學(xué)生分析、解決問題的能力。教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)說明新課探究總結(jié)：這樣我們就測(cè)定了和兩個(gè)物理量，再進(jìn)行同樣的五組或六組實(shí)驗(yàn)，再將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，就可以得和的關(guān)系。3.4 改進(jìn)方案為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，我們對(duì)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)，用氣墊導(dǎo)軌代替長(zhǎng)木板，用滑塊代替小車，用光電門代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。 展示氣墊導(dǎo)軌、光電門，簡(jiǎn)單介紹實(shí)驗(yàn)器材的原理。這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的原理同上面實(shí)驗(yàn)是相同的，但這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案在器材選擇上有很大的優(yōu)越性：用氣墊導(dǎo)軌最大限度的減少摩擦力；用光電門直接顯示速度。演示實(shí)驗(yàn)桌上擺放了5條橡皮筋，在操作中注意以下問題：a將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平b必須使用同一規(guī)格的橡皮筋c每次釋放滑塊時(shí)的位置應(yīng)相同d記錄數(shù)據(jù)時(shí)只記錄滑塊勻速運(yùn)動(dòng)的速度值，每次讀數(shù)后在下一次實(shí)驗(yàn)前要按清零鍵清零。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并將數(shù)據(jù)填入下表。5. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與結(jié)論1提出問題：請(qǐng)各小組關(guān)閉電源，分析你們組的的數(shù)據(jù), 猜猜與是什么關(guān)系? 2提出問題：如何更直觀、簡(jiǎn)便地分析功與速度變化的關(guān)系？搜集各組的作圖情況，并通過實(shí)物投影進(jìn)行展示。3提出問題：由此我們可以得出什么樣的結(jié)論？4總結(jié)結(jié)論：當(dāng)物體初速度為零時(shí)，外力對(duì)物體做的功與物體速度的平方成正比，即 (）以上數(shù)據(jù)的處理都是手工操作完成的，我們也可以用數(shù)表軟件來處理數(shù)據(jù)唐宋或更早之前，針對(duì)“經(jīng)學(xué)”“律學(xué)”“算學(xué)”和“書學(xué)”各科目，其相應(yīng)傳授者稱為“博士”，這與當(dāng)今“博士”含義已經(jīng)相去甚遠(yuǎn)。而對(duì)那些特別講授“武事”或講解“經(jīng)籍”者，又稱“講師”?！敖淌凇焙汀爸獭本瓰閷W(xué)官稱謂。前者始于宋，乃“宗學(xué)”“律學(xué)”“醫(yī)學(xué)”“武學(xué)”等科目的講授者；而后者則于西晉武帝時(shí)代即已設(shè)立了，主要協(xié)助國(guó)子、博士培養(yǎng)生徒?！爸獭痹诠糯粌H要作入流的學(xué)問，其教書育人的職責(zé)也十分明晰。唐代國(guó)子學(xué)、太學(xué)等所設(shè)之“助教”一席，也是當(dāng)朝打眼的學(xué)官。至明清兩代，只設(shè)國(guó)子監(jiān)（國(guó)子學(xué)）一科的“助教”，其身價(jià)不謂顯赫，也稱得上朝廷要員。至此，無論是“博士”“講師”，還是“教授”“助教”，其今日教師應(yīng)具有的基本概念都具有了。學(xué)生觀察氣墊導(dǎo)軌、光電門并思考改進(jìn)方案的優(yōu)越性按照操作步驟和注意的事項(xiàng)，學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。集體回答：在坐標(biāo)紙上作圖象。各小組在坐標(biāo)紙上建立坐標(biāo)系，先作出曲線，再作曲線小組代表回答：外力對(duì)物體做的功與物體速度的平方成正比要求小組各成員在實(shí)驗(yàn)中緊密配合，共同完成實(shí)驗(yàn)探究；同時(shí)教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的情況適時(shí)點(diǎn)撥。讓學(xué)生體會(huì)這種用數(shù)學(xué)方法解決物理問題的思路，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣。(三) 課堂達(dá)標(biāo)練習(xí)1關(guān)于探究功與物體速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，下列敘述正確的是（）A每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車做功的具體數(shù)值B每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度沒有必要保持一致C放小車的長(zhǎng)木板應(yīng)該盡量使其水平D先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出2用如圖所示的裝置，探究功與物體速度變化的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)時(shí)先適當(dāng)墊高木板，然后由靜止釋放小車，小車在橡皮筋彈力的作用下被彈出，沿木板滑行。小車滑行過程中帶動(dòng)通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，記錄其運(yùn)動(dòng)情況。觀察發(fā)現(xiàn)紙帶前面部分點(diǎn)跡疏密不均，后面部分點(diǎn)跡比較均勻，回答下列問題：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶橡皮筋1適當(dāng)墊高木板是為了2通過紙帶求小車速度時(shí)，應(yīng)使用紙帶的 （填“全部”、“前面部分”或“后面部分”）。八、課堂小結(jié)：師問：請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)這節(jié)課你們學(xué)到了什么?學(xué)生總結(jié)后集體回答：1功與速度變化的關(guān)系：當(dāng)小車初速度為零時(shí)，力對(duì)小車做的功與速度的平方成正比。2探究問題的思路：提出問題猜想假設(shè)方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究歸納結(jié)論實(shí)踐驗(yàn)證九、課后探究1除了用實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證外，能否用理論推導(dǎo)的方法來驗(yàn)證，如果可以，應(yīng)如何驗(yàn)證？2完成學(xué)案中的思考與探究。十、板書設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系1. 猜想：2. 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)課本、報(bào)刊雜志中的成語、名言警句等俯首皆是,但學(xué)生寫作文運(yùn)用到文章中的甚少,即使運(yùn)用也很難做到恰如其分。為什么?還是沒有徹底“記死”的緣故。要解決這個(gè)問題,方法很簡(jiǎn)單,每天花3-5分鐘左右的時(shí)間記一條成語、一則名言警句即可?？梢詫懺诤蠛诎宓摹胺e累專欄”上每日一換,可以在每天課前的3分鐘讓學(xué)生輪流講解,也可讓學(xué)生個(gè)人搜集,每天往筆記本上抄寫,教師定期檢查等等。這樣,一年就可記300多條成語、300多則名言警句,日積月累,終究會(huì)成為一筆不小的財(cái)富。這些成語典故“貯藏”在學(xué)生腦中,自然會(huì)出口成章,寫作時(shí)便會(huì)隨心所欲地“提取”出來,使文章增色添輝。3. 實(shí)驗(yàn)操作技巧3.1 功的測(cè)定：相同橡皮筋、同一位置釋放3.2 速度的測(cè)定：紙帶或光電門3.3 平衡摩擦力：3.4 改進(jìn)方案：氣墊導(dǎo)軌、光電門語文課本中的文章都是精選的比較優(yōu)秀的文章,還有不少名家名篇。如果有選擇循序漸進(jìn)地讓學(xué)生背誦一些優(yōu)秀篇目、精彩段落,對(duì)提高學(xué)生的水平會(huì)大有裨益?，F(xiàn)在,不少語文教師在分析課文時(shí),把文章解體的支離破碎,總在文章的技巧方面下功夫。結(jié)果教師費(fèi)勁,學(xué)生頭疼。分析完之后,學(xué)生收效甚微,沒過幾天便忘的一干二凈。造成這種事倍功半的尷尬局面的關(guān)鍵就是對(duì)文章讀的不熟。常言道“書讀百遍,其義自見”,如果有目的、有計(jì)劃地引導(dǎo)學(xué)生反復(fù)閱讀課文,或細(xì)讀、默讀、跳讀,或聽讀、范讀、輪讀、分角色朗讀,學(xué)生便可以在讀中自然領(lǐng)悟文章的思想內(nèi)容和寫作技巧,可以在讀中自然加強(qiáng)語感,增強(qiáng)語言的感受力。久而久之,這種思想內(nèi)容、寫作技巧和語感就會(huì)自然滲透到學(xué)生的語言意識(shí)之中,就會(huì)在寫作中自覺不自覺地加以運(yùn)用、創(chuàng)造和發(fā)展。4. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與結(jié)論4.1 處理方法：4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：外力對(duì)物體做的功與物體速度的平方成正比()，即。練習(xí)題:1、質(zhì)量為1kg的重錘自由下落，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄運(yùn)動(dòng)過程，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源為6V、50Hz的交流電源如圖1所示，紙帶上O點(diǎn)為重錘自由下落時(shí)紙帶打點(diǎn)起點(diǎn)，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G依次間隔一個(gè)點(diǎn)（圖中未畫出），各計(jì)數(shù)點(diǎn)與O點(diǎn)距離依次為31.4mm、70.6mm、125.4mm、195.9mm、282.1mm、383.8mm、501.2mm，重力加速度取9.8m/s2（1）求出B、C、D各點(diǎn)速度并填入下表計(jì)數(shù)點(diǎn)BDF速度/（ms1）（2）求出重錘下落時(shí)從O點(diǎn)到各計(jì)數(shù)點(diǎn)過程中重力所做的功計(jì)數(shù)點(diǎn)BDF功（J）（3）適當(dāng)選擇坐標(biāo)軸，使圖中作出的圖線為直線，從而判斷功與哪個(gè)量成正比在圖2中作出圖線，其中縱坐標(biāo)表示重力的功WG，橫坐標(biāo)表示速度的二次方v2【解答】解：（1）各點(diǎn)速度由公式v=求出：vB=AC= m/s=1.18m/s同理：vC=1.57m/s，vD=1.96m/s，vE=2.35m/s，vF=2.74m/s（2）重力的功由W=mgx求出：WB=mg=19.8070.6103J=0.692J同理WC=1.23J，WD=1.92J，WE=2.76J，WF=3.76J（3）圖象如上圖所示，圖中縱坐標(biāo)表示重力的功WG，橫坐標(biāo)表示速度的二次方v2，由圖線可見，重力的功WG與速度的二次方v2成正比故答案為：（1）1.18；1.57；1.96；2.35；2.74；（2）0.692；1.23；1.92；2.76；3.76；（3）重力的功WG；速度的二次方v22、某學(xué)習(xí)小組做“探究功與物體速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)如圖，圖中小車是在一條橡