探究功与速度变化的关系教案物理教学设计人教版.doc

5.6 探究功与速度变化的关系
【教材版本】
普通高中课程标准实验教科书（人民教育版）必修物理2
【设计思想】
1、围绕实验设计、实验操作与实验数据处理三个环节引导学生展开探究过程。通过小组讨论、课件演示、动手实验与实验数据处理等一系列活动激发学生主动参与的积极性与与学习的热情。教师根据知识发生、发展与变化的过程通过穿针引线的方式积极引导学生进行探索性学习，努力激发学生学习的兴趣，培养学生探究发现与合作学习的能力。
2、采用“问题—讨论—实验—归纳”的探究性教学模式，使学生在获得知识的同时，学会科学研究的方法，经历伴随着探究活动的深入而产生的情感体验。
【教材分析】
1、知识结构分析
　 从本章知识的整个体系来说，本节教材只是为下一节“动能与动能定理”的理论推导奠定一个认识基础，在教学中应灵活把握。
2、知识发生发展过程分析
在前面几节内容中，已经成功地建立了重力势能的概念，清楚了重力的功与重力势能改变量间的关系，也探究了弹性势能的表达式。那么，力对物体所做的功与物体的动能间又有什么关系呢？应该从什么途径出发进行研究呢？显然，既可以从已有知识出发通过逻辑推导的方法进行研究，也可以通过实验的方式进行探究。
3、知识学习意义分析
引入“探究功与物体速度变化的关系”的目的就在于给学生增加探究与体验的机会，提高理论联系实际的水平，并有效地促使学生在探究中开阔思路，在分析问题与处理问题的过程中提高探究问题的水平；也可以有效地促使学生在学习动能定理后能比较深刻地认识到动能定理不仅对恒力做功的条件下成立，在变力做功的情况下也是成立的。因此，教师要积极创造条件，让学生亲身经历实验探究的过程。
4、教学建议与学法指导
本节内容的设计中，采用橡皮筋拉小车，在使小车获得动能的过程中，探究橡皮筋做的功与小车速度变化的关系。由于橡皮筋的弹力随其长度改变量间的关系是非线性的，因而橡皮筋对小车的功无法用现成的公式进行计算，本实验的精妙之处就在于巧妙地回避了功的计算。教学中应放手让学生自主探究，注重过程与方法而不要太看重结果。
【学情分析】
1、原有知识发展分析
学生在本章的前几节内容中，已经初步树立了功是能量变化的量度的观念。那么，力对物体所做的功与物体动能的改变量间存在着什么关系呢？这是学生迫切想搞清楚的问题。
2、原有知识结构分析
高一的学生对运动学与力学已经有了一定深度的认识，同时在研究加速度与力与加速度与质量的关系的实验中已经接触了实验数据的采集与处理等实验分析方法。
3、非认知因素分析　　
在进行“探究功与速度变化的关系”实验教学时，如果运用恒力做功的方式来探究功与物体速度变化间的关系，可能会使学生产生审美疲劳，因为我们在“探究加速度与力、质量的关系”时已经用过这套实验装置。现在，选择利用橡皮筋的拉力做功来探究功与物体速度变化间的关系，不仅考虑到这样处理容易使学生产生新鲜感，进而产生探究的兴趣，也因为变力做功对实际问题来说更具有普遍性。同时，也非常符合中学生的认知特点，对开阔学生的视野，提高科学素养等方面都会产生积极的影响。
【教学目标】
1、知识与能力
（1）能够领会探究功与物体速度变化的关系实验的设计思路。
（2）明确用一根橡皮筋所做的功为单位简化问题的思想方法。
（3）知道利用小车做匀速运动阶段测量速度比较合理。
2、过程与方法
（1）能独立进行实验操作，会采集实验数据。
（2）能够对实验数据进行分析与处理并寻找W与v的关系。
3、情感态度与价值观
让学生经历自主探究、合作学习的情感体验。
【重点难点】
1、教学重点
学习探究功与速度变化关系的物理方法，并会利用图象法处理数据。
2、教学难点
实验数据的处理方法――图象法。
【教学环境】
1、教学地点：
实验室。
2、学生分组实验器材的准备（若干组）：
（1）带滑轮的小车（车一端固定一小钩，另一端夹一个夹子）
（2）100g-200g的砝码
（3）用铝合金轨道作成的斜轨道、并在斜轨道的一端的两侧适当位置对称的固定两个用于固定橡皮筋的铁夹子
（4）电火花打点计时器及纸带
（5）毫米刻度尺
（6）6根等长的长度约62cm的同规格的，两端分别系有两个小钩的橡皮筋
（7）拴有细线的重锤
（8）坐标纸
（9）计算机、实物投影仪
3、教师辅助教学资料：
PPT课
【教学过程】
（一）引入课题
教师活动：前面几节课研究了重力做功与重力势能的关系，从而确立了重力势能的表达式，研究了弹力做功与弹性势能的关系，从而确立了弹性势能的表达式。
问题：重力做功与重力势能有什么关系？重力势能的表达式是什么？
弹力做功与弹性势能有什么关系？弹性势能的表达式是什么？
思考：外力做功与动能变化有什么关系？如何确立动能的表达式?
学生活动：回答思考并问题。
设计意图：复习旧知识，提出新问题。
教师活动：演示 “弹弓”， 橡皮筋伸长，产生弹力，在形变恢复的过程中，对小石子做了功；另一方面,小石子离开弓获得速度。
请学生猜想：
小石子离开弹弓的速度与哪些因素有关?是什么样的关系？
学生活动：观察，思考并回答。
教师活动：概括学生的答案，提出本节课的课题——“探究功与物体速度变化的关系”，用多媒体课件给出课题。
设计意图：引入课题。
（二）进行新课
教师活动：用多媒体课件给出实验目的与实验器材。
问：如何利用所给的器材设计实验方案（要求画出简图并作简要说明），请小组代表讲解本组设计的实验方案。
学生活动：学生可能设计出以下方案：
方案1：
方案2：
方案3：
方案1：绳的拉力与摩擦力做功，是恒力做功；
方案2：只有绳的拉力做功（重力分力与摩擦力平衡），是恒力做功；
方案3：橡皮筋的弹力（变力）、摩擦力做功，是变力作功。
教师活动：引导学生比较各方案的特点小结：为了使研究简化，我们应将重力分力与摩擦力平衡掉，为了使研究更具普遍意义，我们采用方案3的变力做功。
设计意图：培养自主探究能力，小组互相交流启发取长补短
教师活动：教师引导学生针对方案3阅读教材“探究的思路”思考以下问题：（用多媒体课件给出要思考的问题）
（1）探究过程中，我们是否需要测出橡皮筋做功的具体数值？是否需要测出各次小车速度的具体数值？可以怎么做？
（2）每次实验中橡皮筋拉伸的长度有什么要求？为什么？
（3）小车获得的速度怎样计算？
（4）实验完毕后，我们用什么方法分析橡皮筋对小车作的功与小车速度的关系？
学生活动：认真阅读教材，思考问题并回答。
教师活动：倾听学生回答，帮助学生解决疑难，回答学生可能提出的问题。（用多媒体课件给出答案的要点）
设计意图：培养学生在实验探究前要养成思考的习惯。有了正确的探究思路，才会避免探究的盲目性。
教师活动：指导学生分组实验，并引导学生思考下面的问题：（用多媒体课件给出要思考的问题）
（1）小车在木板上运动时会受到阻力，可以采用什么方法进行补偿？
（2）纸带上的点距并不都是均匀的，应该采用那些点距来计算小车的速度？为什么？
学生活动：思考问题，分组实验，（有条件的学校可以每两人一组，条件差的学校可以每四人一组）。
设计意图：通过学生分组实验，培养团结协作的团队精神，提高学生动手能力。
教师活动：巡视、指导，解答学生提出的问题（用多媒体课件给出问题答案要点），处理即发事件。重点指导一两个组顺利完成实验，以便后面实验数据的处理。
教师活动：学生实验完毕后，指导学生进行数据处理，用多媒体课件给出问题：
（1）根据测出的数据，怎样预测功与速度的关系？
（2）用图象法研究功与速度的关系时怎样使研究过程简便直观？
学生活动：思考教师提出的问题，并在坐标纸上建立坐标系，作出W－v2曲线，寻找功与速度的关系。
教师活动：请小组代表把本组数据处理结果用投影仪向同学们展示。
设计意图：让学生亲历探究的全过程，感受团队精神与成功的喜悦。
教师活动：利用数表软件进行数据处理，可以参考教材65页“做一做”栏目中的提示来完成。
教师活动：引导学生对本次试验进行误差分析，分析误差产生的原因与减小误差的方法。
（用多媒体课件展出）
设计意图：让学生体验现代计算机技术在物理探究中的应用，让学生养成试验后及时进行误差分析的习惯。
（三）课堂总结、点评
教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结与自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
设计意图：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）实例探究
有一只小老鼠离开洞穴沿直线前进，它的速度与到洞穴的距离成反比，当它行进到离洞穴距离为d1的甲处时速度为v1，试求：
（1）老鼠行进到离洞穴距离为d2的乙处时速度v2多大？
（2）从甲处到乙处要用去多少时间？
解析：（1）由老鼠的速度与到洞穴的距离成反比，得v2 d2 = v1d1
所以老鼠行进到离洞穴距离为d2的乙处时速度v2 = d1v1/d2
（2）由老鼠的速度与到洞穴的距离成反比，作出图象，如图所示
由图线下方的面积代表的物理意义可知，从d1到d2的“梯形面积”就等于从甲处到乙处所用的时间，易得
设计意图：用图象法解决物理问题，简便直观，往往会收到意想不到的效果。
【课余作业布置】
若再给你一架天平与砝码，你能利用本实验装置研究功与质量、速度间的关系吗？
请说说你的设想。
提示 ： 我们已经知道功与速度间的关系是W∝v2，所以功与质量、速度间的关系可能是W∝mv2、W∝m2v2、W∝……
解析 ： 用天平测出小车的质量，并在小车内加不同数量的砝码以改变小车的总质量m，如教材中的探究实验那样进行操作，确定橡皮筋所做的功W，测出小车相应的速度v，画出W—mv2、W—m2v2、W—等图象，看哪一种图象是过原点的倾斜直线，即可确定相应的比例关系。
【板书设计】
【课后反思】
这节课是一节典型的科学探究课。如何上好探究课，不让科学探究流于形式，是这一节课的关键。过去我们强调的实验，主要指操作技能，现在的实验要符合新课改倡导的“重视对学生进行自主、探究与合作学习能力培养”的理念，我认为让学生有目的动手参与探究活动需要教师精心引导。即：需要问题的激发与调动；需要适当的演示实验与学生实验的配合。这节探究实验课我采用课文所述装置，简单直观，易得出结论。但缺点是不够精确，操作必须谨慎，否则会出现误差较大的情形。因此为了便于学生理解实验的目的与实验的原理，我采用以问题为主线，把问题做为教学的出发点与衔接点；同时我又以实验为基础把实验做为解决问题的突破口。最后我提出了一个开放性的问题，让学生带着问题离开课堂，这样就将探究延伸到课后。物理教学从问题开始，还以问题结束，这样可以尽可能给学生留下余思的空间，让学生认识到科学探究是无止境的。
第 13 页