人教版必修二第七章機械能守恒定律第6節(jié)實驗：探究功與速度變化的關(guān)系教學設(shè)計

“探究功與速度變化的關(guān)系”教案 明德中學 張家明一、教材分析引入本節(jié)的目的在于培養(yǎng)學生科學探究素養(yǎng)，讓學生學會觀察，大膽猜想，勇于解決問題，為下一節(jié)動能和動能定理的推導奠定基礎(chǔ)。通過本節(jié)內(nèi)容的教學，也可以促使學生在學習動能定理后比較深刻地認識到動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識事物的思維過程，符合學生的認知規(guī)律。二、學情分析對于功和能的關(guān)系，在前兩節(jié)分別講了重力做功與重力勢能的關(guān)系、彈力做功與彈性勢能的關(guān)系，所以學生已經(jīng)初步認識到通過做功來了解某種能量的變化，從而研究這種能量，也就是學生已經(jīng)初步體驗到“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”，并且學生已具有一定的知識遷移能力了。因此可以讓學生通過類比，從力對物體做功入手來探究動能的變化，但首先要探究功與物體速度變化的關(guān)系。教師要根據(jù)學生的實際水平和探究任務(wù)的難度采用不同的教學模式， 根據(jù)問題情景式探究任務(wù)運用適當?shù)乃季S方法；應(yīng)從學生已有的認知水平出發(fā)，注意把握教學的難度與深度。三、教學目標(一) 知識與技能1理解探究性實驗中的探究思路、操作技巧和數(shù)據(jù)處理，能夠自主設(shè)計實驗。2利用打點計時器打出的紙帶計算物體運動的速度。3運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通過實驗操作過程中控制實驗條件的方法，體驗知識的探究過程。2體驗通過實驗數(shù)據(jù)處理尋找物理量間關(guān)系的方法。(三) 情感態(tài)度與價值觀1通過探究過程體會物理學的邏輯之美和方法之美，體會數(shù)理的巧妙結(jié)合，激發(fā)學生求知欲和學習興趣。2通過實驗探究的各個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生敢于堅持真理、勇于創(chuàng)新和實事求是的科學態(tài)度和科學精神。四、教學重點學習探究功與速度變化關(guān)系的物理過程和所用方法，并會利用圖象法處理數(shù)據(jù)。五、教學難點1探究思路的形成及實驗條件的控制。2用圖象方法分析處理實驗數(shù)據(jù)。六、教學工具橡皮筋（5根），滑塊，砝碼，氣墊導軌，光電門，刻度尺，打點記時器（電火花），紙帶，坐標紙，多媒體設(shè)備。七、教學過程設(shè)計(一) 教學流程圖 學生猜想實驗方案設(shè)計學生匯報探究結(jié)果師生共同總結(jié)結(jié)論教師提供儀器，學生分組探究生活中的實例引入探究問題(二) 實驗探究過程教師活動學生活動說明復習并引入新課1復習提問：物體動能的含義是什么？2播放視頻并出示思考題：(1) 箭的動能從無到有為什么會發(fā)生變化?(2) 足球的動能又為什么發(fā)生改變？3引入：請同學們根據(jù)上面的例子總結(jié)一下：改變物體動能的原因是什么？而物體的動能與物體的速度密切相關(guān)。因此要探究功與動能變化的關(guān)系，首先要探究功與速度變化的關(guān)系。回憶后回答動能含義。觀察后回答：由于弓對箭做了功和運動員對足球做了功。思考后學生代表發(fā)言：改變動能的原因是外力對物體做了功。通過視頻展示激發(fā)同學們探究的欲望。新課探究1. 猜想：提出問題：功與速度的變化可能會是什么關(guān)系？2. 實驗方案的設(shè)計2.1 明確探究思路(1) 創(chuàng)設(shè)物理情景,探究外力對物體做的功。(2) 探究出外力對物體做功后物體的速度變化。(3) 分析每次功的值和每次對應(yīng)的速度變化值,尋找外力對物體做的功與物體速度變化的關(guān)系。2.2 實驗方案的設(shè)計(1) 引導學生思考：你能設(shè)計什么樣的實驗方案證實你的猜想？(2) 學生展示后總結(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行探究。 3. 實驗操作技巧3.1功的測定(1) 在試驗中橡皮筋在哪個過程中對小車做功？(2) 我們是否能直接測量橡皮筋對小車做功的具體數(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討論結(jié)果。分組討論每個方案的實驗原理、方法、利弊。各小組推舉代表展示實驗設(shè)計方案，如：重力法、橡皮筋法等。討論后回答：橡皮筋被拉伸直到恢復原長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算；論證學生提出的實驗方案的可行性，并確定本節(jié)的實驗方案。教師活動學生活動說明新課探究(3) 為了使彈力每次做功成倍率變化，在實驗中對橡皮筋和小車釋放位置有怎樣的要求？點撥：這種做法巧妙地回避了具體功數(shù)值的計算，可使問題簡化，但對橡皮筋的要求比較高。3.2 速度的測定演示：小車被橡皮筋彈射的過程。(1) 小車做什么運動？(2) 要測量小車在哪段中的運動速度？(3) 如何測量這段的運動速度？3.3 平衡摩擦力(1) 提出問題：小車運動過程中受幾個力？為使橡皮筋的拉力充當合力，其他力應(yīng)怎樣處理？(2) 如何平衡摩擦力？引導學生思考平衡摩擦力的方法并黑板作圖：強調(diào)注意事項：平衡摩擦力時應(yīng)將木板放有打點計時器的一端墊高，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動。(3) 如何判斷小車做勻速運動？2. 設(shè)法讓彈力每次做功成倍率變化?？赡艿幕卮穑河?根、2根相同的橡皮筋進行測量，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動；要測量的是做勻速運動的速度；在紙帶上選取間距均勻的點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間距是均勻的，說明小車做勻速運動。通過相關(guān)問題的設(shè)置和學生的回答情況，教師強調(diào)實驗探究中應(yīng)注意的事項。讓學生掌握從紙帶獲取數(shù)據(jù)、計算小車速度的方法。讓學生概括總結(jié)出實驗中出現(xiàn)誤差的主要原因及解決方案，提高學生分析、解決問題的能力。教師活動學生活動說明新課探究總結(jié)：這樣我們就測定了和兩個物理量，再進行同樣的五組或六組實驗，再將實驗數(shù)據(jù)進行分析，就可以得和的關(guān)系。3.4 改進方案為了減小實驗誤差，我們對同學們設(shè)計的實驗方案進行改進，用氣墊導軌代替長木板，用滑塊代替小車，用光電門代替打點計時器。 展示氣墊導軌、光電門，簡單介紹實驗器材的原理。這個實驗方案的原理同上面實驗是相同的，但這個實驗方案在器材選擇上有很大的優(yōu)越性：用氣墊導軌最大限度的減少摩擦力；用光電門直接顯示速度。演示實驗桌上擺放了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每次釋放滑塊時的位置應(yīng)相同d記錄數(shù)據(jù)時只記錄滑塊勻速運動的速度值，每次讀數(shù)后在下一次實驗前要按清零鍵清零。進行實驗并將數(shù)據(jù)填入下表。5. 實驗數(shù)據(jù)處理與結(jié)論1提出問題：請各小組關(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，并通過實物投影進行展示。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：當物體初速度為零時，外力對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“經(jīng)學”“律學”“算學”和“書學”各科目，其相應(yīng)傳授者稱為“博士”，這與當今“博士”含義已經(jīng)相去甚遠。而對那些特別講授“武事”或講解“經(jīng)籍”者，又稱“講師”?！敖淌凇焙汀爸獭本瓰閷W官稱謂。前者始于宋，乃“宗學”“律學”“醫(yī)學”“武學”等科目的講授者；而后者則于西晉武帝時代即已設(shè)立了，主要協(xié)助國子、博士培養(yǎng)生徒。“助教”在古代不僅要作入流的學問，其教書育人的職責也十分明晰。唐代國子學、太學等所設(shè)之“助教”一席，也是當朝打眼的學官。至明清兩代，只設(shè)國子監(jiān)（國子學）一科的“助教”，其身價不謂顯赫，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。學生觀察氣墊導軌、光電門并思考改進方案的優(yōu)越性按照操作步驟和注意的事項，學生分組進行實驗探究。集體回答：在坐標紙上作圖象。各小組在坐標紙上建立坐標系，先作出曲線，再作曲線小組代表回答：外力對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驗中緊密配合，共同完成實驗探究；同時教師根據(jù)學生實驗的情況適時點撥。讓學生體會這種用數(shù)學方法解決物理問題的思路，培養(yǎng)學生養(yǎng)成良好的思維習慣。(三) 課堂達標練習1關(guān)于探究功與物體速度變化的關(guān)系實驗中，下列敘述正確的是（）A每次實驗必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值B每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致C放小車的長木板應(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。實驗時先適當墊高木板，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通過打點計時器的紙帶，記錄其運動情況。觀察發(fā)現(xiàn)紙帶前面部分點跡疏密不均，后面部分點跡比較均勻，回答下列問題：打點計時器紙帶橡皮筋1適當墊高木板是為了2通過紙帶求小車速度時，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：請同學們總結(jié)這節(jié)課你們學到了什么?學生總結(jié)后集體回答：1功與速度變化的關(guān)系：當小車初速度為零時，力對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)計實驗探究歸納結(jié)論實踐驗證九、課后探究1除了用實驗的方法驗證外，能否用理論推導的方法來驗證，如果可以，應(yīng)如何驗證？2完成學案中的思考與探究。十、板書設(shè)計實驗：探究功與速度變化的關(guān)系1. 猜想：2. 實驗方案的設(shè)計課本、報刊雜志中的成語、名言警句等俯首皆是,但學生寫作文運用到文章中的甚少,即使運用也很難做到恰如其分。為什么?還是沒有徹底“記死”的緣故。要解決這個問題,方法很簡單,每天花3-5分鐘左右的時間記一條成語、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分鐘讓學生輪流講解,也可讓學生個人搜集,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,終究會成為一筆不小的財富。這些成語典故“貯藏”在學生腦中,自然會出口成章,寫作時便會隨心所欲地“提取”出來,使文章增色添輝。3. 實驗操作技巧3.1 功的測定：相同橡皮筋、同一位置釋放3.2 速度的測定：紙帶或光電門3.3 平衡摩擦力：3.4 改進方案：氣墊導軌、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地讓學生背誦一些優(yōu)秀篇目、精彩段落,對提高學生的水平會大有裨益?，F(xiàn)在,不少語文教師在分析課文時,把文章解體的支離破碎,總在文章的技巧方面下功夫。結(jié)果教師費勁,學生頭疼。分析完之后,學生收效甚微,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)鍵就是對文章讀的不熟。常言道“書讀百遍,其義自見”,如果有目的、有計劃地引導學生反復閱讀課文,或細讀、默讀、跳讀,或聽讀、范讀、輪讀、分角色朗讀,學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語感,增強語言的感受力。久而久之,這種思想內(nèi)容、寫作技巧和語感就會自然滲透到學生的語言意識之中,就會在寫作中自覺不自覺地加以運用、創(chuàng)造和發(fā)展。4. 實驗數(shù)據(jù)處理與結(jié)論4.1 處理方法：4.2 實驗結(jié)論：外力對物體做的功與物體速度的平方成正比()，即。練習題:1、質(zhì)量為1kg的重錘自由下落，通過打點計時器在紙帶上記錄運動過程，打點計時器所接電源為6V、50Hz的交流電源如圖1所示，紙帶上O點為重錘自由下落時紙帶打點起點，選取的計數(shù)點A、B、C、D、E、F、G依次間隔一個點（圖中未畫出），各計數(shù)點與O點距離依次為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各點速度并填入下表計數(shù)點BDF速度/（ms1）（2）求出重錘下落時從O點到各計數(shù)點過程中重力所做的功計數(shù)點BDF功（J）（3）適當選擇坐標軸，使圖中作出的圖線為直線，從而判斷功與哪個量成正比在圖2中作出圖線，其中縱坐標表示重力的功WG，橫坐標表示速度的二次方v2【解答】解：（1）各點速度由公式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，圖中縱坐標表示重力的功WG，橫坐標表示速度的二次方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、某學習小組做“探究功與物體速度變化的關(guān)系”實驗如圖，圖中小車是在一條橡