人教版高中物理必修2《功》探究性教學(xué)設(shè)計(jì)

1、人教版高中物理必修2功探究性教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)設(shè)計(jì)思路：突出高中物理探究教學(xué)的理念。在前期分析（包括學(xué)習(xí)需要、學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)背景分析）的基礎(chǔ)上制定教學(xué)目標(biāo)，選擇和設(shè)計(jì)教學(xué)策略，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)方案的形成性評(píng)價(jià)。整個(gè)課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)在梅耶學(xué)習(xí)信息加工模型的基礎(chǔ)上策劃，促進(jìn)學(xué)生的有效學(xué)習(xí)。教學(xué)過(guò)程遵循六步三階段模型，即有解決新知識(shí)的理解問題，又有代表知識(shí)的鞏固或轉(zhuǎn)化階段，最后有知識(shí)的應(yīng)用階段，且之間并非獨(dú)立，而是相互交融在一起，充分利用學(xué)生原有的知識(shí)基礎(chǔ)，有效地激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。在“選擇和設(shè)計(jì)教學(xué)策略”環(huán)節(jié)中，主要突出了探究性學(xué)習(xí)方式的設(shè)計(jì)。對(duì)于課題的引入，采用情境學(xué)習(xí)，并沿著初中物理的思路，強(qiáng)調(diào)功

2、與能量變化的聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)做功的兩個(gè)要素。對(duì)于功的計(jì)算公式的理解，主要采用探究和合作學(xué)習(xí)方式，以使學(xué)生理解公式所反映的物理意義。借助媒體對(duì)于所討論的問題建立明確的、動(dòng)態(tài)的物理圖像，幫助學(xué)生把實(shí)際情景中蘊(yùn)含的科學(xué)概念和規(guī)律抽象出來(lái)，而不僅僅只是記住一些條文與公式。1學(xué)習(xí)任務(wù)分析本文課題“功”是人民教育出版社出版的物理必修2（普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書）第一章第二節(jié)的內(nèi)容?！肮Α敝饕ǎ鹤龉蓚€(gè)不可缺少的因素和功的計(jì)算公式?！肮Α笔潜菊轮蟹浅Ｖ匾囊还?jié)，為后期的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。就本章的知識(shí)結(jié)構(gòu)而言，“功”是為進(jìn)一步得出“能”這個(gè)更為廣泛、更為重要的概念服務(wù)的。根據(jù)加涅的學(xué)習(xí)結(jié)果分類理論，“功”屬于“

3、智慧技能”，特別是對(duì)功計(jì)算公式的理解，如正負(fù)功的物理意義、變力做功的求解策略等，學(xué)生無(wú)法通過(guò)接受式的學(xué)習(xí)而習(xí)得；但在同時(shí)，根據(jù)該任務(wù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及學(xué)生在已有知識(shí)和“追尋守恒量”的習(xí)得中對(duì)上述內(nèi)容的學(xué)習(xí)已有一定的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)努力是能達(dá)到主動(dòng)建構(gòu)的，此外還能得到許多接受式學(xué)習(xí)無(wú)法給予的體驗(yàn)，故能采用探究式教學(xué)方式。（1）教學(xué)重點(diǎn)明確引入功概念的物理意義，掌握功大小的計(jì)算；能理解正功和負(fù)功的意義。（2）教學(xué)難點(diǎn) 對(duì)正功和負(fù)功物理意義的理解2學(xué)習(xí)者分析學(xué)習(xí)者是高中一年級(jí)的學(xué)生，學(xué)生已從科普讀物中或多或少地了解了有關(guān)能量的初步知識(shí)，通過(guò)初中的學(xué)習(xí)，對(duì)功已有了一定的認(rèn)知基礎(chǔ)，知道在自然界中存在各

4、種形式的能量，各種形式的能量通過(guò)做功的方式會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化，并通過(guò)前面一節(jié)“追尋守恒量”的學(xué)習(xí)，對(duì)功與能的關(guān)系有了進(jìn)一步的了解，且對(duì)生活、生產(chǎn)與科技中的功能問題比較感興趣，通過(guò)必修1的學(xué)習(xí)，已具備開展探究學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的初步能力。但是關(guān)于探究的過(guò)程設(shè)計(jì)、探究結(jié)論的得出等方面，對(duì)學(xué)生而言還有一定的難度，因此，從學(xué)生的認(rèn)知能力看，本節(jié)內(nèi)容處于學(xué)生學(xué)習(xí)的“最近發(fā)展區(qū)”。3教學(xué)目標(biāo)（1）知識(shí)與技能知道功的定義，能表述機(jī)械功的兩個(gè)要素；會(huì)應(yīng)用功的計(jì)算公式，明確公式中各物理量的含義，知道功的單位；知道功是標(biāo)量，理解正功和負(fù)功的含義。（2）過(guò)程和方法體驗(yàn)探究的學(xué)習(xí)過(guò)程，學(xué)會(huì)用科學(xué)探究的方法研究物理問題；學(xué)習(xí)變力做

5、功求解的一般思維方法，會(huì)應(yīng)用微元法分析問題。（3）情感態(tài)度與價(jià)值觀在學(xué)習(xí)、理解功的概念和計(jì)算功的數(shù)值的過(guò)程中，培養(yǎng)科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯繎B(tài)度；看待一個(gè)問題應(yīng)該通過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，認(rèn)識(shí)探究在自然規(guī)律的發(fā)現(xiàn)中所占的地位。4教學(xué)準(zhǔn)備投影儀、視頻材料、水桶和水、彈簧、木板、木塊、鉤碼5教學(xué)過(guò)程分析（1）具體的教學(xué)過(guò)程【導(dǎo)入新課】復(fù)習(xí)引入：舉例說(shuō)明什么是做功，做功的過(guò)程需滿足什么條件。如起重機(jī)提起貨物時(shí)，起重機(jī)鋼繩拉力對(duì)貨物做了功；機(jī)車牽引列車前進(jìn)，機(jī)車的牽引力對(duì)列車做了功，等等。（強(qiáng)調(diào)做功是指誰(shuí)對(duì)誰(shuí)做功及做功過(guò)程中能的轉(zhuǎn)化）媒體展示：觀看舉重運(yùn)動(dòng)員奪冠的錄像片段。提問：說(shuō)明舉重運(yùn)動(dòng)員在哪個(gè)階段做功？舉起后直至2

6、盞白燈亮起，此過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員是否做功？第一個(gè)例子中，如果起重機(jī)提著貨物水平運(yùn)動(dòng)，拉力是否做功？第二個(gè)例子中，汽車的重力是否做功？地面對(duì)汽車的支持力是否做功？通過(guò)學(xué)生舉例的過(guò)程，使學(xué)生逐漸回憶起在初中學(xué)習(xí)過(guò)的做功的兩個(gè)不可缺少的因素，即力和物體在力的方向上的位移。做功的力和位移在同一方向時(shí)，如圖1所示，功的公式為wfl。如果力與位移的夾角是90，如圖2所示，則力對(duì)物體不做功。圖2lf圖1lf【新課教學(xué)】1）功的要素和功的計(jì)算公式的導(dǎo)出新情景：如果力f與位移l的夾角不是0也不是90，而是任意的角度，力對(duì)物體是否做功？呈現(xiàn)矛盾沖突，并展開以四至六人為小組的探究活動(dòng)。圖4fl1ll2圖3f2ff1l探究

7、成果展示：當(dāng)力的方向與物體位移的方向成某一角度時(shí)，可以將力f沿位移l的方向和垂直于位移l的方向分解為兩個(gè)分力f1、f2，如圖3所示。其中，分力f2與位移l垂直，做功為零。因此力f對(duì)物體所做的功等于分力f1對(duì)物體所做的功，即w=f1l=(fcos)l=flcos。也可以分解位移，將位移l沿力f的方向和垂直于力f的方向分解為兩個(gè)分位移l1、l2，如圖4所示。l2方向上沒有作用力，因此力f對(duì)物體所做的功為w=fl1=f(l cos)=flcos。小組點(diǎn)評(píng)：將不熟悉的問題轉(zhuǎn)化為已有知識(shí)進(jìn)行分析是問題突破的關(guān)鍵。兩種方法異曲同工，由此我們可以得到功計(jì)算的公式：w=flcos。2）功的計(jì)算公式的理解a在國(guó)

8、際單位制中，功的單位是焦耳，簡(jiǎn)稱焦，國(guó)際符號(hào)是j。1j就是1n的力使物體在力的方向上發(fā)生1m位移所做的功。即：1j=1nm功是標(biāo)量，只有大小，沒有方向。例如：在光滑水平面上，物體受兩個(gè)沿水平方向互相垂直的大小分別為3n和4n的恒力，從靜止開始運(yùn)動(dòng)10m，求每個(gè)力做的功和合力做的總功。探究成果展示：合力n，合力方向即合位移方向，容易求得與3n的力夾角為53，與4n的力夾角為37，所以w1f1scos1310cos53j18j，w2f2scos2410cos37j32j，w合510cos050jw1w2。可見，功的合成不符合平行四邊形定則。b要點(diǎn)提示：值得注意的是此公式只適用于恒力做功。圖5例如：

9、如圖5所示，被壓縮的彈簧將物體彈出的過(guò)程中，彈力所做的功，就是變力做功，力f的大小時(shí)刻在變化，這時(shí)w=flcos就不適用了。c演示：彈簧秤豎直向上勻速拉鉤碼發(fā)生20cm的位移，分別為慢速拉和快速拉，對(duì)比兩次過(guò)程中彈力所做的功。提示：做功的多少跟物體是做勻速直線運(yùn)動(dòng)還是做變速運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，應(yīng)拋開干擾因素。如果以1n的拉力提升20cm，但兩次拉的分別是一個(gè)鉤碼和兩個(gè)鉤碼，拉力做的功又如何？學(xué)生歸納：某個(gè)力做功，只與該力的大小、位移的大小、力和位移的夾角的余弦有關(guān)。d探究課本第5頁(yè)的圖5.2-5和圖5.2-6，即探究正負(fù)功的物理意義。公式中各字母的正負(fù)取值：f和l分別指“力的大小”和“位移的大小”，即公

10、式中f和l恒取正值。公式可寫作wflcos。w是可正可負(fù)的。從公式容易看出，w的正負(fù)完全決定于cos的正負(fù)，也就是的大小。不過(guò)w的正負(fù)并不表示功有方向。cos0意味著力f對(duì)物體產(chǎn)生位移有一定的貢獻(xiàn)，即該力為動(dòng)力。cos0時(shí)，力f對(duì)物體產(chǎn)生的位移起著阻礙作用，即力為阻力，所做的功是負(fù)功。這時(shí)，物體要繼續(xù)產(chǎn)生位移，必須克服力f的阻礙。力f對(duì)物體做負(fù)功，也可以表達(dá)為物體克服力f做功。探究小結(jié)：從力的效果而言，做功的正或負(fù)分別表示動(dòng)力或阻力做功；從功能關(guān)系而言，功的正或負(fù)分別表示物體能量的增或減。不能說(shuō)“正功和負(fù)功方向相反”，也不能說(shuō)“正功大于負(fù)功”。公式中的是指力和位移這兩個(gè)矢量的箭頭所指方向之間的

11、夾角，不是延長(zhǎng)線之間的夾角，也不一定等于所給問題中某一個(gè)以命名的角。e合力做功的求解，在前面探究“功是標(biāo)量”中，已探究得出合力做功的兩種求解方法。計(jì)算幾個(gè)力的總功，也可是說(shuō)是求解這幾個(gè)力的合力所做的功。所以一般有兩種求解方法。方法一：若用w1、w2、wn分別表示力f1、f2、fn所做的功，則這些力所做的總功w合=w1+w2+w3+wn。方法二：先求這幾個(gè)力的合力，再求合力所做的功。即w合=f合lcos。f借鑒對(duì)勻變速運(yùn)動(dòng)位移的研究，試探究以下問題：用水平拉力拉著木塊，沿半徑為的水平圓軌道勻速運(yùn)動(dòng)一周，如圖6所示。已知木塊的質(zhì)量為，木塊與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。探究此過(guò)程中摩擦力所做的功。演示：彈

12、簧以恒定大小的外力水平拉著木塊在方木板上運(yùn)動(dòng)。圖6rf探究小結(jié)：對(duì)于變力所做的功，可采用微元法分段處理，求出每一段上（轉(zhuǎn)換為恒力）該力所做的功，再求各段上功的代數(shù)和。圖7bas3060在某些問題中，我們還可以通過(guò)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象的方法，將變力所做的功轉(zhuǎn)化為恒力做功問題加以處理。例如，如圖7所示，人拉著細(xì)繩的一端由a走到b，使質(zhì)量為m的物體勻速上升。已知a、b兩點(diǎn)間的水平距離為s，細(xì)繩與水平方向的夾角已在圖中標(biāo)出，不計(jì)滑輪的摩擦。人的拉力應(yīng)沿細(xì)繩拉伸的方向，在此過(guò)程中拉力是個(gè)變力，需設(shè)法轉(zhuǎn)換研究對(duì)象，以轉(zhuǎn)換為恒力的功計(jì)算。通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，人的拉力所做的功等于細(xì)繩拉力對(duì)物體所做的功?！菊n堂小結(jié)】教師

13、和學(xué)生一起完成本節(jié)課的總結(jié)?！拘纬尚跃毩?xí)】 用水平恒力f作用于質(zhì)量為m的物體上，使之在光滑的水平面上沿力的方向移動(dòng)距離l，恒力做功為w1，再用該恒力作用于質(zhì)量為m（mw2 bw1 w2 cw1= w2 d無(wú)法判斷圖8 如圖8所示，在一恒力的作用下，質(zhì)量為m的物體沿著長(zhǎng)為l、傾角為的斜面一端向上勻速滑到另一端，物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，求作用在物體上的每一個(gè)力對(duì)物體所作的功，及合力做的功。 以一定的初速度豎直向上拋出一個(gè)小球，小球上升的最大高度為h，空氣阻力的大小恒為f，則從拋出至回到原出發(fā)點(diǎn)的過(guò)程中，空氣阻力對(duì)小球做的功為（ ）a零 b-fhc-2fh d-4fh圖9ansnsb 如圖9所示

14、，兩個(gè)用條形磁鐵做成的小車a和b，原來(lái)靜止放置在光滑的水平面上?，F(xiàn)從靜止開始同時(shí)釋放它們，分析以后過(guò)程中它們之間的相互作用力做功的情況？ 課后探究性任務(wù)從圖書館、互聯(lián)網(wǎng)等搜尋功概念的發(fā)展史，就功與能的關(guān)系做出合理的解釋，并舉例。是返回相應(yīng)的教學(xué)環(huán)節(jié)錄像 舉重運(yùn)動(dòng)員奪冠實(shí)例1 起重機(jī)提起貨物實(shí)例2 機(jī)車牽引列車功的單位如果力f與位移l的夾角是任意的角度，力對(duì)物體是否做功？回顧：做功的兩個(gè)因素探究：功的公式分解位移l分解力f分析：做功與能的關(guān)系對(duì)功的計(jì)算公式的理解探究：功是標(biāo)量討論：適用條件探究：正負(fù)功的意義歸納：合力做功的求解探究：變力做功歸納歸納歸納教師判斷學(xué)習(xí)任務(wù)完成的情況形成性練習(xí)結(jié)束開始評(píng)價(jià)與反饋否（2）教學(xué)流程圖6教