究功與物體速度變化的關(guān)系教學(xué)設(shè)計

“探究功及物體速度變化的關(guān)系〞教學(xué)設(shè)計浙江省杭州外國語學(xué)校蔡錦曦選自中學(xué)物理教學(xué)參考2021年第10期一．教學(xué)設(shè)計思路〔1〕做功及物體速度變化關(guān)系的建立，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)動能定理起到了特別重要的鋪墊作用。學(xué)生在生活中易感受力對速度變化的影響，但對做功及速度變化之間的關(guān)系比擬模糊。本節(jié)通過學(xué)生設(shè)計探究試驗方案，師生互動探討改良方案，學(xué)生親歷試驗探究過程，對試驗數(shù)據(jù)進展層層推動式分析，從而得到結(jié)果，使學(xué)生體驗學(xué)習(xí)樂趣和戰(zhàn)勝困難、解決問題的勝利感?！?〕人教版新教材列入此探究課題是為了使學(xué)生了解“倍增法〞這種物理方法，在高二學(xué)習(xí)“庫侖定律〞時該方法還將出現(xiàn)，所以探究過程也是對學(xué)生物理思想方法的教化過程?！?〕通過探究式教學(xué)，訓(xùn)練學(xué)生駕馭相互溝通、合作的學(xué)習(xí)方式；在學(xué)習(xí)過程中激勵學(xué)生大膽提出設(shè)想，在其他學(xué)生的參及下對試驗方案提出質(zhì)疑和改良建議，提高其參及意識；通過試驗數(shù)據(jù)分析得到結(jié)果，也使學(xué)生體會試驗在科學(xué)探究中的重要性，增加其探究意識。二．教學(xué)目標1．知識及技能〔1〕能夠通過生活詳細事例發(fā)覺做功及物體速度變化之間存在肯定的關(guān)系；〔2〕能夠設(shè)計具有可操作性的試驗方案，對做功及物體速度變化之間的關(guān)系進展探討；〔3〕運用不同的試驗方法進展探討，能對試驗數(shù)據(jù)進展合理分析〔數(shù)值和圖象〕，得出正確的結(jié)論。2．過程及方法〔1〕用紙帶、打點計時器、橡皮筋等探究做功及物體速度變化的關(guān)系，體驗知識的探究過程和物理學(xué)探討方法；〔2〕留意試驗探究方案設(shè)計的思索及改良過程。3．情感看法及價值觀〔1〕能以主動的情感和仔細的看法學(xué)會探究物理問題的科學(xué)方法；〔2〕體會學(xué)習(xí)的歡樂，激發(fā)學(xué)習(xí)愛好；通過親身實踐樹立“實踐是檢驗真理的唯一標準〞的科學(xué)理念。三．教學(xué)重點和難點1．教學(xué)重點探究做功和物體速度變化關(guān)系的物理方法的提出及改良。2．教學(xué)難點對“倍增法〞的理解及試驗數(shù)據(jù)的處理及分析。四．教學(xué)資源1．教學(xué)硬件筆記本電腦，大屏幕顯示器，實物投影儀。2．教學(xué)軟件PowerPoint，Excel。3．試驗儀器鐵架臺1個，重錘1只，滑軌2個，小車2個，打點計時器3個，鉤碼1盒，氣墊導(dǎo)軌〔帶滑塊〕1套，光電門計數(shù)器1個，托盤天平〔帶砝碼〕1套，橡皮筋假設(shè)干，紙帶假設(shè)干。4．教學(xué)協(xié)助圖紙試驗設(shè)計圖紙，試驗數(shù)據(jù)圖表。五．教學(xué)流程圖六．教學(xué)過程1．課題引入給出鉛球運發(fā)動圖片〔如圖1所示〕。問題1：鉛球出手時的速度是如何獲得的？給出擲鉛球的動作分解示意圖〔如圖2所示〕，讓學(xué)生留意視察。引導(dǎo)學(xué)生通過圖片，得出“鉛球速度變化及人手對其做功有關(guān)〞的結(jié)論。問題2：你是否還能想到實際生活中，做功改變物體速度的其他例子？以學(xué)生答復(fù)為根底，老師分析總結(jié)：對物體做功可以改變物體的速度；做功及物體速度變化之間的關(guān)系，是本節(jié)課的探究主題。2．試驗方案的設(shè)計及探究學(xué)生分組進展試驗方案設(shè)計，然后進展方案的展示及溝通，通過師生互動對學(xué)生方案加以改良。學(xué)生可能提出一些不同于教材中橡皮筋做功的試驗方案，尤其簡單從恒力做功的角度去思索。說明：事先發(fā)給每組一張試驗設(shè)計圖紙，讓學(xué)生將自己設(shè)計的試驗方案在圖紙上畫出來；再請各組派出代表，利用實物投影儀展示試驗設(shè)計方案，并予以說明，請其他學(xué)生對方案可行性進展探討，提出改良意見。試驗方案1：利用自由落體試驗探究重力〔豎直方向恒力〕做功及物體速度變化之間的關(guān)系。留意學(xué)生對該方案中功和速度確實定方法：〔1〕選取打點計時器在紙帶上打出的一系列點中的某幾點，測出它們及紙帶上第一點之間的距離，即重力方向上的位移，及重物的重力相乘可得重力做功值。〔2〕通過分析紙帶上的點求得物體速度?！?〕當物體初速度為零時，實際探究的內(nèi)容是功及物體速度之間的關(guān)系。試驗方案2：利用鉤碼通過定滑輪連接細繩拉動水平滑軌上的小車，探討水平方向恒力做功及物體速度變化之間的關(guān)系。試驗方案的探討及改良：〔1〕鉤碼及小車一起做加速運動，鉤碼在豎直方向具有向下的加速度，此時細繩拉力略小于鉤碼重力；增加小車質(zhì)量，當鉤碼質(zhì)量遠小于小車時，細繩拉力可認為等于鉤碼的重力?！?〕小車及軌道之間的摩擦力阻礙拉力對小車做功，應(yīng)消退此摩擦的影響。為此，用小車重力沿斜面方向的分力來平衡摩擦力：將放有打點計時器的滑軌一端墊高，在小車尾部固定一條紙帶，輕推小車使小車沿滑軌向下運動；假設(shè)紙帶打出的點距勻稱，則說明紙帶的運動是勻速的，小車重力沿斜面方向的分力就剛好及小車所受摩擦力平衡。說明：運用滑軌、小車和打點計時器等對此問題進展展示探討，讓學(xué)生對克制摩擦力做功的過程有始終觀的相識。老師需提示學(xué)生：變力做功是生活中常見的做功方式，因此探究變力做功必不可少。試驗方案3：利用橡皮筋拉動位于水平滑軌上的小車，探究變力做功及物體速度變化之間的關(guān)系?！?〕試驗探究中橡皮筋拉力對小車所做功確實定方法：試驗中用橡皮筋彈力拉小車做功使小車獲得速度，橡皮筋彈力是變力，所做功是變力功，中學(xué)沒有現(xiàn)成公式可計算功的大小。然而，改變橡皮筋條數(shù)、保持小車一樣的位移，則彈力功的大小及橡皮筋條數(shù)成正比。也就是說，在一樣位移的狀況下，假設(shè)用一條橡皮筋做功為W，則用兩條同樣的橡皮筋做功就是2W，用同樣的三條橡皮筋做功就是3W……這一倍增法奇妙地避開了功的計算，直接確定了橡皮筋拉力對小車做功的倍數(shù)關(guān)系。說明：“倍增法〞是一種重要的物理方法，歷史上庫侖在探討電荷間的相互作用力時曾用過此法，但學(xué)生在此前的物理學(xué)習(xí)中可能未曾遇到類似例子，因此引導(dǎo)學(xué)生通過溝通，領(lǐng)悟“倍增法〞的妙處，這是本節(jié)課的一個要點．可用體育熬煉中的“拉力器〞來類比?！?〕該方案消退摩擦力影響的方法：所用的消退方法及試驗方案2一樣。也可運用氣墊導(dǎo)軌代替木板，以更好地消退摩擦影響?！?〕小車速度確實定方法：①確定打出來的點大致呈現(xiàn)什么規(guī)律：先密后疏〔變加速〕，再勻稱分布〔勻速〕；②應(yīng)探討小車在哪個時刻的速度：在橡皮筋剛復(fù)原原長時小車的瞬時速度，即紙帶上的點剛開場呈現(xiàn)勻稱分布時的速度；③應(yīng)如何取紙帶上的點距以確定速度：由于試驗器材和每次操作的分散性，尤其是橡皮筋不可能長度、粗細完全一樣，使得每次改變橡皮筋的條數(shù)后，紙帶上反映小車勻速運動的點數(shù)和點的位置，不肯定都在事先的設(shè)定點〔即用一條橡皮筋拉小車，橡皮筋剛好復(fù)原原長時紙帶上的點〕處。這是由于小車在幾條橡皮筋拉動下運動至設(shè)定點時，各條橡皮筋可能在設(shè)定點的前或后復(fù)原到原長，從而出現(xiàn)上述狀況。因此，須要對紙帶上的點進展分析，比擬設(shè)定點左右及其之后的假設(shè)干個相鄰兩點間距是否根本一樣，選擇相鄰距離根本一樣的假設(shè)干點作為小車勻速運動階段的點，進而計算小車速度。利用光電門協(xié)作氣墊導(dǎo)軌，可更精確地測出速度值．所以可對方案3進展改良，由“滑軌＋小車＋打點計時器〞變?yōu)椤皻鈮|導(dǎo)軌＋滑塊＋光電門〞。說明：以師生問答的形式進展。提示學(xué)生留意，對于初速度為零的運動，探究內(nèi)容實質(zhì)上是指做功及物體的速度之間的關(guān)系。3．試驗操作依據(jù)經(jīng)過改良的試驗探究方案，讓每組學(xué)生選用各自所需的試驗器材進展試驗。說明：假設(shè)橡皮筋彈性較大，則探討變力做功一旦運用條數(shù)較多，就會造成小車加速太快、在紙帶上打出的點偏少，不利于數(shù)據(jù)得出，因此建議選用直徑較小、彈性也較小的一樣橡皮筋。4．試驗數(shù)據(jù)分析事先發(fā)給每組學(xué)生一張試驗數(shù)據(jù)圖表，讓學(xué)生將通過試驗得到的相關(guān)數(shù)據(jù)〔W和v〕填寫到表格上，再選兩組學(xué)生數(shù)據(jù)輸入電腦的Excel表格中。例如某一次變力做功的試驗數(shù)據(jù)為：v/m·s-1W的倍數(shù)00123456說明：利用電腦呈現(xiàn)Excel表格。問題1：W及v之間是怎樣的變化關(guān)系？問題2：可否認為W及v之間是簡單的正比關(guān)系〔W∝v〕？應(yīng)當運用什么方法來驗證你的揣測？引導(dǎo)學(xué)生發(fā)覺W及v并非簡單正比關(guān)系。問題3：假設(shè)W及v不是簡單正比關(guān)系，則可采納什么方法來進一步探討它們的關(guān)系？讓各組學(xué)生在圖3的坐標紙上描點作圖，探討W-v圖象的規(guī)律。對坐標紙上的點進展擬合，發(fā)覺W-v圖象是一條拋物線，如圖4所示。問題4：拋物線圖象說明白什么問題？你對W-v關(guān)系有何新的揣測？學(xué)生依據(jù)圖象會想到W和v2之間可能是正比關(guān)系；讓各組學(xué)生依據(jù)已有數(shù)據(jù)算出v2的值，再在圖5的坐標紙上做出W