2024-2025學(xué)年高中物理第七章機械能守恒定律6實驗：探究功與速度變化的關(guān)系教案新人教版必修2

PAGE1-試驗：探究功與速度變更的關(guān)系一、教材分析與學(xué)情分析（1）教材分析本節(jié)是人教版物理必修2第七章第六節(jié)的內(nèi)容，通過前面幾節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)建立了重力勢能、彈性勢能的概念，知道了重力做功、彈力做功與重力勢能、彈性勢能之間的關(guān)系。本節(jié)內(nèi)容是前面兩節(jié)內(nèi)容的接著，用做功與能量的關(guān)系探究另一種能量及其表達式：動能。由于動能的問題比勢能困難些，所以本節(jié)暫不干脆涉及動能，而是先找到一個與動能親密相關(guān)的物理量速度，先探討速度與功的關(guān)系。本節(jié)內(nèi)容的主要目的是給學(xué)生增加試驗探究與體驗的機會，培育學(xué)生試驗探究的實力，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的水平。本節(jié)內(nèi)容是尋求動能表達式的試驗探究過程，下節(jié)內(nèi)容（動能和動能定理）是尋求動能表達式的理論探究過程，本節(jié)內(nèi)容的試驗探究為下節(jié)內(nèi)容的理論探究奠定了一個實踐相識基礎(chǔ)，起到很好的鋪墊作用，前后兩節(jié)內(nèi)容共同構(gòu)成了一個較為完整的體系。通過這兩節(jié)課的學(xué)習(xí)，有利于培育和發(fā)展學(xué)生的課題意識和試驗探究實力。本節(jié)我打算用兩課時完成，第一課時，通過互動探究，結(jié)合適當(dāng)演示的方式解決試驗的設(shè)計思路問題，探討操作技巧問題和數(shù)據(jù)處理問題，使學(xué)生對探究過程有一個初步的相識。其次課時，以學(xué)生的實際操作為主，學(xué)生分組進行試驗，老師巡回指導(dǎo)，對試驗中出現(xiàn)的各種問題進行總結(jié)并通過探討予以解決，得出結(jié)論。（2）學(xué)情分析本節(jié)內(nèi)容是一節(jié)試驗探究課，試驗探究學(xué)生以前有所接觸，如物理必修一中的“探究小車速度隨時間變更的規(guī)律”與“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”。通過以前這一類探究試驗的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)具有肯定的試驗方案設(shè)計實力、試驗動手操作實力及試驗數(shù)據(jù)處理的實力。尤其是紙帶的處理已接觸多次，平衡摩擦力的必要性及基本方法學(xué)生也已了解，至于圖線處理時從關(guān)系不明的曲線通過變更坐標(biāo)量轉(zhuǎn)化為關(guān)系較明朗的直線的方法在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”中也曾接觸，學(xué)生有肯定的基礎(chǔ)，但還是有肯定的思維和操作難度，教學(xué)中應(yīng)留意合理的啟發(fā)。另外，以前接觸的力都是恒力，而這一節(jié)牽涉到變力問題，這又是一個思維臺階，應(yīng)通過對話啟發(fā)學(xué)生理解感悟?qū)⒆龉υ霰洞媲笤敿毠?shù)值的奇妙之處。二、教學(xué)目標(biāo)（1）學(xué)問與實力：能夠領(lǐng)悟探究功與物體速度變更的關(guān)系試驗的設(shè)計思路。明確用一根橡皮筋所做的功為單位簡化問題的思想方法，知道利用小車做勻速運動階段測量速度比較合理。（2）過程與方法：能獨立進行試驗操作，會采集試驗數(shù)據(jù)。能夠?qū)υ囼灁?shù)據(jù)進行分析與處理中找尋與的關(guān)系。（3）情感看法與價值觀：讓學(xué)生經(jīng)驗自主探究、合作學(xué)習(xí)的情感體驗。三、重點難點本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的重點是試驗方案的設(shè)計，難點是通過對試驗數(shù)據(jù)的分析得出功與物體速度變更的關(guān)系。四、方法設(shè)計為了突出教學(xué)重點，突破難點，體現(xiàn)新課標(biāo)“以人為本，主動發(fā)展”的教學(xué)理念，突出學(xué)習(xí)的“再創(chuàng)建”，構(gòu)建學(xué)生主動的學(xué)習(xí)活動過程，在教學(xué)策略上我采納：創(chuàng)設(shè)問題情境——學(xué)生自主探究——辨析與研討——反思與評價組成的“四環(huán)節(jié)”探究式教學(xué)策略。同時，依據(jù)教學(xué)實際狀況將有意義的接受式學(xué)習(xí)與“四環(huán)節(jié)”探究式教學(xué)相結(jié)合，體現(xiàn)教學(xué)方法的敏捷性和針對性。同時利用多媒體協(xié)助教學(xué)，用Excel處理試驗數(shù)據(jù)。五、內(nèi)容設(shè)計（一）試驗介紹1.試驗?zāi)康模罕驹囼灥脑囼災(zāi)康氖翘骄抗εc速度的變更關(guān)系。我們知道，功是力在空間上的積累效應(yīng)，是一個過程量，而速度是一個狀態(tài)量，速度變更才是過程量，所以我們必需向?qū)W生交代清晰這一點，并指明當(dāng)我們探討力對原來靜止的物體做功時，速度變更的大小與物體獲得的速度在數(shù)值上是相同的。于是我們的試驗?zāi)康臑樘骄苛υ瓉盱o止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系。2.試驗器材：我們所須要的試驗器材有：長木板、橡皮筋、小車、砝碼、溝通電源、電火花或電磁打點計時器、紙帶、刻度尺、坐標(biāo)紙。3.試驗原理：由于我們要探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，所以我們要想方法來測量出功與速度的數(shù)值，進而探討它們之間的關(guān)系。通過上一節(jié)彈簧變力功的學(xué)習(xí)我們知道，當(dāng)橡皮筋伸長量按倍數(shù)增加時，功并不簡潔地按倍數(shù)增加，變力功一時無法準(zhǔn)確測算。因此我們要設(shè)法回避求變力做功的詳細數(shù)值，逐步引導(dǎo)學(xué)生得出用一根橡皮筋做功記為W，用兩根橡皮筋做功記為2W，用三根橡皮筋做功記為3W。。。。。從而回避了干脆求功的這種方法。在引導(dǎo)過程中，我將通過讓學(xué)生思索探討的方式尋求出這種方法，并說出這種方法的奇妙之處及不選其他方法的理由。而不是干脆把思路展示給學(xué)生，讓學(xué)生體驗思維的樂趣。小車在橡皮筋的彈射下，先做加速度減小的加速運動，后做勻速運動，選哪些點來探討呢？理論上講選加速階段或勻速階段的點都是可以的，選加速階段的點時，只要我們每次都從距第一個點距離相同的位置處取點計算其瞬時速度即可，但相比取勻速階段的點來說，后者只需用隨意一段位移與發(fā)生這段位移所用時間相比即可求出彈力做功使小車獲得的速度，更便利。所以我們?nèi)蛩匐A段的點來求速度。（二）試驗方案的完善1.導(dǎo)軌代替長木板為保證小車沿直線運動，可以選用氣墊導(dǎo)軌代替長木板。氣墊導(dǎo)軌僅在試驗室有，因此用它來做演示試驗。做演示試驗時，小車?yán)杰壍酪欢?，用一根橡皮筋彈射小車，提出問題：“怎樣可使小車獲得更大的速度”？學(xué)生思索并溝通探討后可能會回答出：把橡皮筋拉得更長，換用勁度系數(shù)更大的橡皮筋，增加橡皮筋條數(shù)等方案。于是定性演示學(xué)生提出的三種不同方法，驗證學(xué)生的想法。通過定性分析和演示，使學(xué)生對探討的問題有一個初步的感性相識，降低思維的臺階，尤其是“增加橡皮筋條數(shù)”的方法為后面變力功測量的難點破解打下感性基礎(chǔ)。在學(xué)生試驗中，采納長木板，由于長木板有明顯的摩擦阻力，于是讓學(xué)生思索，提出方案。提高學(xué)生分析解決實際問題實力。（用手按住，且保證皮筋有效長度相等）2.關(guān)于橡皮筋的選用從本試驗的設(shè)計思路看，橡皮筋的選擇是關(guān)鍵。本試驗要求用相同規(guī)格的橡皮筋，但市場上常見的橡皮筋粗細不一，一樣性差，不同橡皮筋之間的彈力差異也比較大。而且由于橡皮橡皮筋比較粗，彈力偏大，當(dāng)試驗中橡皮筋的數(shù)目增至4根以上時，彈力過大，紙帶上打出的點數(shù)過少，以致找不出小車作勻速運動時所打出的點。因此，市場上常見的橡皮筋并不適合用在本試驗中?？烧业綑M斷面為圓形、單根半徑約為0.7的橡皮筋比較適合于本試驗。選擇橡皮筋時，讓學(xué)生參加進來，這是提高學(xué)生分析解決實際問題實力的好機會。3.關(guān)于平衡摩擦力小車運動過程中不行避開會受到阻力，這樣在小車運動過程中不僅有橡皮筋的彈力做功，還有摩擦阻力做功，假如不平衡摩擦力，當(dāng)橡皮筋逐根增加時，合力做功并不成倍增加，為此我們必需平衡摩擦力使橡皮筋做的功就是合力做的功。因此，從這個角度看，平衡摩擦力是必要的，而且是必需的。將導(dǎo)軌安裝有打點計時器的一端適當(dāng)墊高，調(diào)整高度，直到輕推小車后使小車恰能在導(dǎo)軌上做勻速直線運動為止?？葱≤囀欠褡鰟蛩僦本€運動，可通過紙帶上打出的點是否勻稱來推斷。引導(dǎo)學(xué)生分析平衡摩擦力的必要性及方法。（三）采集數(shù)據(jù)，生成結(jié)論怎樣推斷功與速度變更的關(guān)系呢？由于前面我們學(xué)習(xí)“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時接觸過類似問題，學(xué)生很簡潔能想到作圖線的方法。假如圖像是一條直線那么它們就成正比關(guān)系，假如不是又怎樣呢？學(xué)生思索溝通后會答出可以分別作出W-,W-，W-，W-等關(guān)系曲線，從中尋求答案。這樣，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計出表格。從紙帶上計算小車的速度的方法，大家都已學(xué)過，很簡潔計算出，至于，及，筆算已不太可能，采納讓學(xué)生用計算器計算的方法求出結(jié)果，然后在坐標(biāo)紙上描