究功與物體速度變化的關(guān)系教學(xué)設(shè)計(jì)

“探究功及物體速度變化的關(guān)系〞教學(xué)設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)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(duì)速度變化的影響，但對(duì)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(jì)探究試驗(yàn)方案，師生互動(dòng)探討改良方案，學(xué)生親歷試驗(yàn)探究過程，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)展層層推動(dòng)式分析，從而得到結(jié)果，使學(xué)生體驗(yàn)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(shí)該方法還將出現(xiàn)，所以探究過程也是對(duì)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(lì)學(xué)生大膽提出設(shè)想，在其他學(xué)生的參及下對(duì)試驗(yàn)方案提出質(zhì)疑和改良建議，提高其參及意識(shí)；通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得到結(jié)果，也使學(xué)生體會(huì)試驗(yàn)在科學(xué)探究中的重要性，增加其探究意識(shí)。二．教學(xué)目標(biāo)1．知識(shí)及技能〔1〕能夠通過生活詳細(xì)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(jì)具有可操作性的試驗(yàn)方案，對(duì)做功及物體速度變化之間的關(guān)系進(jìn)展探討；〔3〕運(yùn)用不同的試驗(yàn)方法進(jìn)展探討，能對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器、橡皮筋等探究做功及物體速度變化的關(guān)系，體驗(yàn)知識(shí)的探究過程和物理學(xué)探討方法；〔2〕留意試驗(yàn)探究方案設(shè)計(jì)的思索及改良過程。3．情感看法及價(jià)值觀〔1〕能以主動(dòng)的情感和仔細(xì)的看法學(xué)會(huì)探究物理問題的科學(xué)方法；〔2〕體會(huì)學(xué)習(xí)的歡樂，激發(fā)學(xué)習(xí)愛好；通過親身實(shí)踐樹立“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)〞的科學(xué)理念。三．教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1．教學(xué)重點(diǎn)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(diǎn)對(duì)“倍增法〞的理解及試驗(yàn)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(shí)物投影儀。2．教學(xué)軟件PowerPoint，Excel。3．試驗(yàn)儀器鐵架臺(tái)1個(gè)，重錘1只，滑軌2個(gè)，小車2個(gè)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器3個(gè)，鉤碼1盒，氣墊導(dǎo)軌〔帶滑塊〕1套，光電門計(jì)數(shù)器1個(gè)，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?jiān)囼?yàn)設(shè)計(jì)圖紙，試驗(yàn)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(yùn)發(fā)動(dòng)圖片〔如圖1所示〕。問題1：鉛球出手時(shí)的速度是如何獲得的？給出擲鉛球的動(dòng)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(duì)其做功有關(guān)〞的結(jié)論。問題2：你是否還能想到實(shí)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(duì)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(yàn)方案的設(shè)計(jì)及探究學(xué)生分組進(jìn)展試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，然后進(jìn)展方案的展示及溝通，通過師生互動(dòng)對(duì)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(yàn)方案，尤其簡(jiǎn)單從恒力做功的角度去思索。說明：事先發(fā)給每組一張?jiān)囼?yàn)設(shè)計(jì)圖紙，讓學(xué)生將自己設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案在圖紙上畫出來；再請(qǐng)各組派出代表，利用實(shí)物投影儀展示試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，并予以說明，請(qǐng)其他學(xué)生對(duì)方案可行性進(jìn)展探討，提出改良意見。試驗(yàn)方案1：利用自由落體試驗(yàn)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(duì)該方案中功和速度確實(shí)定方法：〔1〕選取打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的一系列點(diǎn)中的某幾點(diǎn)，測(cè)出它們及紙帶上第一點(diǎn)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?！?〕通過分析紙帶上的點(diǎn)求得物體速度?！?〕當(dāng)物體初速度為零時(shí)，實(shí)際探究的內(nèi)容是功及物體速度之間的關(guān)系。試驗(yàn)方案2：利用鉤碼通過定滑輪連接細(xì)繩拉動(dòng)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(yàn)方案的探討及改良：〔1〕鉤碼及小車一起做加速運(yùn)動(dòng)，鉤碼在豎直方向具有向下的加速度，此時(shí)細(xì)繩拉力略小于鉤碼重力；增加小車質(zhì)量，當(dāng)鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車時(shí)，細(xì)繩拉力可認(rèn)為等于鉤碼的重力?！?〕小車及軌道之間的摩擦力阻礙拉力對(duì)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(diǎn)計(jì)時(shí)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(yùn)動(dòng)；假設(shè)紙帶打出的點(diǎn)距勻稱，則說明紙帶的運(yùn)動(dòng)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(yùn)用滑軌、小車和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等對(duì)此問題進(jìn)展展示探討，讓學(xué)生對(duì)克制摩擦力做功的過程有始終觀的相識(shí)。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(yàn)方案3：利用橡皮筋拉動(dòng)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(yàn)探究中橡皮筋拉力對(duì)小車所做功確實(shí)定方法：試驗(yàn)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(jì)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(jì)算，直接確定了橡皮筋拉力對(duì)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(shí)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(gè)要點(diǎn)．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(yàn)方案2一樣。也可運(yùn)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(shí)定方法：①確定打出來的點(diǎn)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(gè)時(shí)刻的速度：在橡皮筋剛復(fù)原原長時(shí)小車的瞬時(shí)速度，即紙帶上的點(diǎn)剛開場(chǎng)呈現(xiàn)勻稱分布時(shí)的速度；③應(yīng)如何取紙帶上的點(diǎn)距以確定速度：由于試驗(yàn)器材和每次操作的分散性，尤其是橡皮筋不可能長度、粗細(xì)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(yùn)動(dòng)的點(diǎn)數(shù)和點(diǎn)的位置，不肯定都在事先的設(shè)定點(diǎn)〔即用一條橡皮筋拉小車，橡皮筋剛好復(fù)原原長時(shí)紙帶上的點(diǎn)〕處。這是由于小車在幾條橡皮筋拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)至設(shè)定點(diǎn)時(shí)，各條橡皮筋可能在設(shè)定點(diǎn)的前或后復(fù)原到原長，從而出現(xiàn)上述狀況。因此，須要對(duì)紙帶上的點(diǎn)進(jìn)展分析，比擬設(shè)定點(diǎn)左右及其之后的假設(shè)干個(gè)相鄰兩點(diǎn)間距是否根本一樣，選擇相鄰距離根本一樣的假設(shè)干點(diǎn)作為小車勻速運(yùn)動(dòng)階段的點(diǎn)，進(jìn)而計(jì)算小車速度。利用光電門協(xié)作氣墊導(dǎo)軌，可更精確地測(cè)出速度值．所以可對(duì)方案3進(jìn)展改良，由“滑軌＋小車＋打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(jìn)展。提示學(xué)生留意，對(duì)于初速度為零的運(yùn)動(dòng)，探究?jī)?nèi)容實(shí)質(zhì)上是指做功及物體的速度之間的關(guān)系。3．試驗(yàn)操作依據(jù)經(jīng)過改良的試驗(yàn)探究方案，讓每組學(xué)生選用各自所需的試驗(yàn)器材進(jìn)展試驗(yàn)。說明：假設(shè)橡皮筋彈性較大，則探討變力做功一旦運(yùn)用條數(shù)較多，就會(huì)造成小車加速太快、在紙帶上打出的點(diǎn)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(yàn)數(shù)據(jù)分析事先發(fā)給每組學(xué)生一張?jiān)囼?yàn)數(shù)據(jù)圖表，讓學(xué)生將通過試驗(yàn)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(yàn)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(rèn)為W及v之間是簡(jiǎn)單的正比關(guān)系〔W∝v〕？應(yīng)當(dāng)運(yùn)用什么方法來驗(yàn)證你的揣測(cè)？引導(dǎo)學(xué)生發(fā)覺W及v并非簡(jiǎn)單正比關(guān)系。問題3：假設(shè)W及v不是簡(jiǎn)單正比關(guān)系，則可采納什么方法來進(jìn)一步探討它們的關(guān)系？讓各組學(xué)生在圖3的坐標(biāo)紙上描點(diǎn)作圖，探討W-v圖象的規(guī)律。對(duì)坐標(biāo)紙上的點(diǎn)進(jìn)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(duì)W-v關(guān)系有何新的揣測(cè)？學(xué)生依據(jù)圖象會(huì)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(biāo)紙上做出W