探究做功與物體速度變化的關(guān)系教學(xué)設(shè)計(jì)

“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”教學(xué)設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)思想：新課程的性質(zhì)是讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究過程，了解科學(xué)研究方法，增強(qiáng)創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力，增強(qiáng)探索自然的興趣與熱情。探究性學(xué)習(xí)是全面培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力、收集和處理信息的能力、分析和解決問題的能力、語言文字能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作精神的重要環(huán)節(jié)，有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的習(xí)慣和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。理論依據(jù)：注重提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，使學(xué)生逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神是新課程的基本理念。新課程改革模式強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，即研究性學(xué)習(xí)。要把研究性學(xué)習(xí)帶進(jìn)課堂指導(dǎo)教學(xué)、培養(yǎng)人才，以適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的新要求，為此教師必須樹立新的教學(xué)理念。設(shè)計(jì)特色：讓學(xué)生體驗(yàn)“自主探究”過程，領(lǐng)悟“自主探究”方法，享受“自主探究”樂趣；找出“做功與物體速度變化的關(guān)系”。二、教材分析1.教學(xué)要求(1)基本要求：知道上述探究活動須測定功與速度這兩個(gè)物理量；領(lǐng)會教科書中所給的實(shí)驗(yàn)方法；理解實(shí)驗(yàn)方案中橡皮筋彈力做功大小與橡皮筋的條數(shù)成正比；體會取一根橡皮筋所做功為單位來簡化問題的思想方法；掌握實(shí)驗(yàn)方案中平衡摩擦力的方法；理解當(dāng)小車做勻速運(yùn)動時(shí)進(jìn)行速度測量更為合理；體會從尋找W-v的關(guān)系轉(zhuǎn)向?qū)ふ谊P(guān)系中所蘊(yùn)含的思想方法；了解力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系。(2)發(fā)展要求：根據(jù)所學(xué)知識設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并對不同方案作出評價(jià)和選擇。2.本課內(nèi)容組成(1)受力分析，平衡摩擦力；(2)變力做功的計(jì)算；(3)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量并計(jì)算物體運(yùn)動的速度；(4)探究力做功與物體速度變化的關(guān)系；(5)尋找W與v關(guān)系時(shí)所用的思想方法。物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，動手實(shí)驗(yàn)這種探究方法在模塊學(xué)習(xí)中有著重要的地位和作用。尋求做功與物體速度變化的關(guān)系為“動能”這一重要物理量的確立和“動能定理”這一重要物理規(guī)律的得出鋪平了道路。3.與初中教材相關(guān)內(nèi)容的區(qū)別和聯(lián)系初中已講到：物體具有做功的本領(lǐng)，是因?yàn)樗哂心芰俊Ｗ龉?shí)質(zhì)上就是能量轉(zhuǎn)化的過程，力對物體做多少功就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化。還講到：物體由于運(yùn)動而具有的能叫做動能。通過鐵錘打擊釘子釘入木塊實(shí)驗(yàn)以及大量事實(shí)，表明了“運(yùn)動物體的質(zhì)量越大，速度越大，其動能就越大”。本節(jié)課與初中教材聯(lián)系之處是相關(guān)內(nèi)容基本涉及，區(qū)別在于初中教材只是定性探究做功與能量變化的關(guān)系，定性得出動能的相關(guān)因素，而本節(jié)課則是定量探究做功與物體速度變化的關(guān)系，得出定量結(jié)論“做功與物體速度的平方成正比”，為下一節(jié)“動能動能定理”做好了充分的準(zhǔn)備。三、學(xué)情分析1.學(xué)生已有的認(rèn)知水平和能力基礎(chǔ)學(xué)生初步涉及探究性學(xué)習(xí)的基本方法，已學(xué)習(xí)功的概念，會用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動的速度，知道將斜面一端墊高可以平衡摩擦力。2.學(xué)生學(xué)習(xí)本課可能遇到的困難和問題實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及動手操作，變力功如何求解，如何減少摩擦力的影響，如何處理數(shù)據(jù)，如何尋找W與v的關(guān)系。3.學(xué)生可能采取的學(xué)習(xí)策略學(xué)生可能會采取“發(fā)現(xiàn)問題、收集信息、提出假設(shè)、得出結(jié)論”這一自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)的策略。四、教學(xué)目標(biāo)1.知識與技能(1)知道探究中需測定功與速度這兩個(gè)物理量。(2)理解實(shí)驗(yàn)方案中改變彈力做功大小的方法。(3)知道橡皮筋彈力做功大小與橡皮筋的條數(shù)成正比，體會取一根橡皮筋所做的功為單位來簡化問題的方法。(4)掌握實(shí)驗(yàn)方案中平衡摩擦力的方法步驟。(5)會選擇合適的測量點(diǎn)并進(jìn)行速度計(jì)算。(6)能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、總結(jié)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。2.過程與方法(1)領(lǐng)會教科書所給實(shí)驗(yàn)方案中的探究過程。(2)通過用紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來探究功與速度的關(guān)系，體驗(yàn)探究過程中的物理學(xué)研究方法。(3)通過數(shù)據(jù)處理體會從尋找W-v的關(guān)系轉(zhuǎn)向?qū)ふ谊P(guān)系中所蘊(yùn)含的思想方法。3.情感、態(tài)度與價(jià)值觀(1)體驗(yàn)探究的困難，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作精神。(2)通過實(shí)驗(yàn)探究，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，樹立“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)觀。(3)領(lǐng)悟探究變力做功的奇妙方法，感受探究W與v變化關(guān)系的方法，享受成功的樂趣。五、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：探究功與速度變化關(guān)系的物理過程和物理方法；利用圖象法處理數(shù)據(jù)尋找W-v的關(guān)系。教學(xué)難點(diǎn)：(1)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的處理方法——圖象法；(2)平衡摩擦力、復(fù)雜問題轉(zhuǎn)化為簡單問題的方法。六、教學(xué)模式、策略與手段采用“自主—合作—探究”教學(xué)模式，亦即在教學(xué)過程中采用提出問題、啟發(fā)引導(dǎo)、合作探究、自主學(xué)習(xí)、面向全體學(xué)生的模式。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行思考、探究、實(shí)驗(yàn)，研究做功與速度變化之間的數(shù)字信息、圖象信息，尋找做功與速度變化的關(guān)系；培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、合作能力、探究能力、創(chuàng)新能力。采用啟發(fā)式提問的教學(xué)策略。古今中外的教育家都重視啟發(fā)式教學(xué)，孔子提出“不憤不啟，不悱不發(fā)”；蘇格拉底重視啟發(fā)，提倡采用設(shè)問方式來激發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生自己去尋求正確答案，重視調(diào)動學(xué)生的主動性。本節(jié)課通過教師引導(dǎo)使學(xué)生自主地思考、分析、探究、實(shí)驗(yàn)；激勵(lì)學(xué)生積極參與教學(xué)活動，啟迪學(xué)生思維，享受探究樂趣。采用的教學(xué)手段是多媒體課件與學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。七、課前準(zhǔn)備1.學(xué)習(xí)準(zhǔn)備組織學(xué)生復(fù)習(xí)功概念、用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測速度，預(yù)習(xí)“做功與物體速度變化的關(guān)系”，設(shè)計(jì)除課本所提方案以外的其他實(shí)驗(yàn)方案。2.教學(xué)準(zhǔn)備教師鉆研教材，確立教學(xué)目標(biāo)，研究創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的方法，設(shè)計(jì)好教案，制作多媒體課件，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材。3.教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)與布置物理實(shí)驗(yàn)室，二人一桌；多媒體及實(shí)物投影。4.教學(xué)用具的設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備橡皮筋、小車、木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、鐵釘?shù)龋嗝襟w課件。八、教學(xué)過程1.創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課多媒體課件展示：前面幾節(jié)課研究了重力做功與重力勢能的關(guān)系，從而確立了重力勢能的表達(dá)式；探究了彈力做功與彈性勢能的關(guān)系，從而確立了彈性勢能的表達(dá)式。繼續(xù)展示：這一節(jié)課我們來研究外力做功和物體速度變化的關(guān)系。2.合作交流，探究新知實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄客饬ψ龉Ω矬w速度變化的關(guān)系。需要測量物理量：W、v。實(shí)驗(yàn)方案：采用課本給出的方案（或其他方案，如圖1所示）圖1探究力對物體做的功與物體速度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)器材：①長木板，兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置釘兩個(gè)鐵釘；②小車（前面帶小鉤）；③砝碼（與小車相比應(yīng)該使砝碼的質(zhì)量小些）；④5～6條等長的橡皮筋；⑤打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及紙帶；⑥學(xué)生電源及導(dǎo)線；⑦刻度尺。(1)探究思路［問題1］小車在木板上運(yùn)動的過程中，哪一階段橡皮筋對小車做功？學(xué)生：橡皮筋被拉伸直到恢復(fù)原長的過程中，橡皮筋對小車做功。［問題2］橡皮筋對小車的拉力做功如何測量？學(xué)生：利用公式W=FL。［問題3］橡皮筋的彈力是變力，且彈力與伸長量的關(guān)系也不嚴(yán)格遵守胡克定律，能計(jì)算橡皮筋做功嗎？學(xué)生：不能。［問題4］怎么辦？怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)才能解決這一問題？（教師啟發(fā)下回答）學(xué)生：（思考并根據(jù)課本回答問題）小結(jié)如圖1，小車在橡皮筋的作用下彈出沿木板滑行，當(dāng)我們用2條、3條……同樣的橡皮筋進(jìn)行第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長度都保持一致，那么第2次，第3次……實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對小車做的功就是第一次做功的2倍、3倍……如果把第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋所做的功記為W，則以后各次做功就是2W、3W……不需要計(jì)算具體的做功值。這是本實(shí)驗(yàn)的巧妙之處。［問題5］要得到上述推論，對橡皮筋有什么要求？（啟發(fā)）學(xué)生：①橡皮筋應(yīng)完全相同且并聯(lián)起來拴到小車上拉小車；②每次實(shí)驗(yàn)時(shí)每條橡皮筋的伸長都和第一次的伸長量相同。(2)操作技巧［問題6］橡皮筋對小車所做功是合力所做的功嗎？（啟發(fā)）學(xué)生：還有摩擦力做功。圖2圖3［問題7］如何使橡皮筋拉力所做功等于合力做的功？（展示圖2情景）學(xué)生：把木板的一端墊高，使重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。（展示圖3情景。當(dāng)時(shí)平衡摩擦力）［問題8］怎么樣才算達(dá)到平衡摩擦力的目的？學(xué)生：輕推小車后，使小車能在木板上拖著紙帶勻速下滑。［問題9］小車在木板上做什么性質(zhì)的運(yùn)動？學(xué)生：先變加速后勻速。［問題10］我們要取的速度是哪個(gè)階段的速度？為什么？學(xué)生1：加速階段的速度。學(xué)生2：勻速階段的速度。（討論“為什么”后總結(jié)：應(yīng)取橡皮筋恢復(fù)原長時(shí)的速度即勻速階段的速度。）［問題11］這個(gè)速度怎么測定？學(xué)生：利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，橡皮筋恢復(fù)原長以后取一段位移與所用時(shí)間的比值v=s/t來計(jì)算橡皮筋恢復(fù)原長時(shí)的速度。(3)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟測定勻速運(yùn)動的速度①將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在一塊平板上，讓紙帶的一端夾在小車后端，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。將平板安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)墊高，調(diào)整高度，直至輕推小車后使小車恰能在板上做勻速直線運(yùn)動為止。②將橡皮筋固定在小車前端。拉長橡皮筋使小車位于靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，記下小車位置。接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源后釋放小車。③用2條、3條、4條、5條橡皮筋分別代替1條橡皮筋重做上述實(shí)驗(yàn)，保證每次釋放小車的位置相同，即橡皮筋被拉長的長度相同。④在上述實(shí)驗(yàn)打出的5條紙帶上，分別找出小車開始近似做勻速運(yùn)動的點(diǎn)，并分別測出每次勻速運(yùn)動時(shí)的相應(yīng)速度。(4)設(shè)計(jì)記錄數(shù)據(jù)表格學(xué)生活動：分組實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)。（一組參考）（通過學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神，同時(shí)提高學(xué)生動手能力。）教師活動：巡視、指導(dǎo)，解答學(xué)生提出的問題，處理突發(fā)事件。重點(diǎn)指導(dǎo)一兩個(gè)組順利完成實(shí)驗(yàn)，以便后面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。(5)數(shù)據(jù)分析［問題12］分析橡皮筋對小車所做功和小車速度的關(guān)系。成正比嗎？學(xué)生：做功W越多，v越大。不成正比。［問題13］W與v到底有什么關(guān)系？（引導(dǎo)1：用什么方法比較容易看出它們的關(guān)系？）學(xué)生：圖象！作出W-v圖線，發(fā)現(xiàn)是條曲線。［問題14］W與v可能的關(guān)系是什么？請你們作出猜想。（引導(dǎo)2：為化難為易，應(yīng)化曲為直。）學(xué)生：(6)誤差分析誤差是不可避免的，但我們可以盡量減少它。［誤差主要來源］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長量也不會完全一樣；②沒有完全平衡摩擦力，所以拉力做功并不是合力所做功；③測量位移L帶來的誤差。［減小誤差的方法］①選用橡皮筋：市售橡皮筋規(guī)格不能滿足實(shí)驗(yàn)要求，而且用至4根以上時(shí)彈力過大，使打出的紙帶點(diǎn)數(shù)過少，以致找不出小車在不受彈力做勻速運(yùn)動時(shí)所打出的點(diǎn)跡。為此可以選擇服裝中使用的多股橡皮筋松緊帶，其外形有帶狀和圓柱狀兩種。②實(shí)驗(yàn)時(shí)可用6根橡皮筋打出6條紙帶，連同O點(diǎn)有7個(gè)點(diǎn)跡，在描繪曲線時(shí)比較容易判斷曲線的性質(zhì)。③小車、鐵釘、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在長木板上的位置應(yīng)調(diào)整適當(dāng)，以保證打在紙帶上的點(diǎn)跡便于處理，求出小車的速度。④平衡摩擦力時(shí)可使木板略微傾斜，作為補(bǔ)償。⑤小車的質(zhì)量較小，故用多條橡皮筋時(shí)打出的點(diǎn)過少，應(yīng)改用質(zhì)量稍大的小車（或加砝碼），以保證打出的點(diǎn)便于處理。⑥紙帶上的點(diǎn)跡并不均勻，應(yīng)該選用點(diǎn)跡均勻的部分來確定小車的速度。(7)思考與討論：①如何平衡摩擦力，平衡到什么程度，如何驗(yàn)證？（讓木板有一微小的傾角；使重力沿斜面向下的分力等于摩擦力；輕推小車可使之勻速運(yùn)動。）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，且伸長量也一樣。）③思考紙帶上打點(diǎn)的分布情況，如何計(jì)算小車的末速度？（打點(diǎn)之間的距離先增大后不變，通過不變的點(diǎn)跡間距求末速度。）④如何通過圖象處理數(shù)據(jù)？（將圖象做成直線，有利于判斷物理量之間的關(guān)系。）例題如圖4所示，小車的運(yùn)動情況可描述為A、B之間的＿＿運(yùn)動，C、D之間的＿＿運(yùn)動；在“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”時(shí)，應(yīng)計(jì)算哪一段的速度？圖4解析A、B段點(diǎn)跡間隔變大，說明做加速運(yùn)動；C、D段點(diǎn)跡間隔均勻，說明做勻速運(yùn)動。在“探究外力做功與物體速度變化的關(guān)系”時(shí)，應(yīng)計(jì)算C、D段勻速運(yùn)動的速度。3.課堂小結(jié)本節(jié)課通過用紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來探究功與速度的關(guān)系，主要體驗(yàn)探究過程及其物理學(xué)研究方法，體會從尋找W-v，的關(guān)系轉(zhuǎn)向?qū)ふ谊P(guān)系時(shí)所蘊(yùn)含的思想方法。①研究兩個(gè)物理量的比例關(guān)系是探究兩個(gè)量數(shù)量關(guān)系的重要方法，研究比例關(guān)系可以為實(shí)驗(yàn)測量提供方便和可能。如取一根橡皮筋對小車所做功為功的單位W，兩根橡皮筋做功無疑是2w，這是何等巧妙！②將問題進(jìn)行轉(zhuǎn)換以簡化實(shí)驗(yàn)過程：探究課題是外力對物體所做總功與速度變化的關(guān)系，為此本實(shí)驗(yàn)總是讓小車從靜止開始運(yùn)動，使測定兩個(gè)速度（初速度和末速度）的問題轉(zhuǎn)化為僅測定一個(gè)末態(tài)速度的問題，非常有利于實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理以便發(fā)現(xiàn)規(guī)律。③探究W與v的關(guān)系轉(zhuǎn)向?qū)で骔與關(guān)系的方法：用圖象直觀處理。這種巧妙的方法值得學(xué)習(xí)。④設(shè)法減小實(shí)驗(yàn)誤差：平衡小車在木板上運(yùn)動時(shí)所受摩擦力以保證小車脫離橡皮筋后做勻速運(yùn)動；在紙帶上選取點(diǎn)跡清楚、間距均勻的部分計(jì)算小車的速度。九、板書設(shè)計(jì)（略）十、作業(yè)設(shè)計(jì)1.在探究“外力做功與物體速度變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，下列敘述正確的是()A.每次實(shí)驗(yàn)都必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值B.實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋第二次的伸長長度是第一次伸長長度的二倍C.實(shí)驗(yàn)中長木板表面應(yīng)該盡量光滑且水平放置D.每次實(shí)驗(yàn)都必須先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出2.本課實(shí)驗(yàn)中小車會受到阻力，可以使木板傾斜作為補(bǔ)償，下面操作正確的是()A.使拖著紙帶的小車由靜止釋放，小車不運(yùn)動即可B.使拖著紙帶的小車由靜止釋放，小車能運(yùn)動即可