《探究功與物體速度變化的關(guān)系》教學設計

蘇建東

摘要:本文以教學設計的形式對高中新課程物理《探究功與物體速度變化的關(guān)系》一節(jié)內(nèi)容的教學過程進行了闡述與分析,并根據(jù)教學過程作者提出了自己的體會與反思。

關(guān)鍵詞:功;速度;變化關(guān)系;教學設計

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A文章編號:1003-6148(2009)11(S)-0016-3

1 教學情況分析

1.1 教材內(nèi)容分析

本節(jié)內(nèi)容將運動和功聯(lián)系在一起,為下一節(jié)動能和動能定理的理論探究做準備,為培養(yǎng)學生從功和能相互聯(lián)系的角度定量分析與解決問題打下基礎。因此,這節(jié)課是本單元較重要的內(nèi)容。

1.2 學生現(xiàn)狀分析

學生經(jīng)過前期科學探究的訓練,初步具備了科學探究的能力。這節(jié)課學生探究變力對物體做功和物體的速度發(fā)生變化的定量關(guān)系。這里既要讓學生知道如何測量變力做功,又要讓學生知道如何測定速度。因此本節(jié)課的內(nèi)容要求學生學會通過知識的遷移來解決問題,是對學生探究能力的考查和提升。

2 教學目標

2.1 知識與技能

(1)掌握用倍數(shù)關(guān)系測變力做功的方法。

(2)理解測量物體速度的方法。

(3)掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的技能。

(4)知道w與v的定量關(guān)系。

2.2 過程與方法

(1)掌握運用圖象法尋找物理規(guī)律。

(2)領會探究的過程和探究的方法。

2.3 情感態(tài)度和價值觀

(1)體驗科學探究的過程,激發(fā)學生的學習興趣,培養(yǎng)學生的學習能力。

(2)培養(yǎng)實事求是、嚴謹認真的科學態(tài)度。

(3)培養(yǎng)學生合作交流的團隊精神。

3 教學重點

(1)通過問題鏈啟動學生的思維,引領學生科學探究。

(2)學生設計出不同的實驗方案,根據(jù)實驗方案經(jīng)歷科學探究的過程。

(3)學生在探究過程中利用圖象法處理數(shù)據(jù)并獲取物理規(guī)律的方法。

4 教學難點

(1)變力做功下變力功的測量方法。

(2)實驗探究方案的設計、實驗數(shù)據(jù)的處理、根據(jù)數(shù)據(jù)找出物理規(guī)律的方法。

5 資源運用

多媒體課件、電子白板、重物、電火花打點計時器、刻度尺、紙帶、長木板(帶墊木)、小車、橡皮筋、氣墊導軌、光電門、數(shù)字計數(shù)器、筆記本電腦等。

6 教學思路

科學探究的一般程序是“提出課題→猜想假設→實驗設計→分組實驗→數(shù)據(jù)處理→得出結(jié)論”。在課堂教學中為了避免科學探究流于形式,在教學設計中,通過問題鏈引領學生探究,這樣既能夠積極調(diào)動學生的思維又能夠讓學生圍繞核心問題把探究活動深入下去。

7 教學過程

7.1 問題的提出

師:請同學們觀察下面兩個實驗。

教師做兩個小實驗。

實驗(1):把相同的物體從不同高度處下落兩次,落到同一高度處。

實驗(2):用橡皮筋在不同的形變量下拉小車后放手,小車彈出去。

師:根據(jù)以上兩個實驗,同學們從功的角度能發(fā)現(xiàn)什么問題?

生:我想提的問題是功和物體的速度有怎樣的關(guān)系?

師:請同學們先根據(jù)自己的認識提出對這個問題的猜想。

生:實驗(1)中力對物體做的功和物體獲得的速度的平方成正比。

師:你是如何知道這個答案的?

學生利用白板的書寫功能展示恒力功和物體獲得速度的關(guān)系。

生:我是根據(jù)作自由落體運動的物體,初速度為零。重力是恒力,重力的功和物體的位移成正比,而根據(jù)運動學速度的平方與物體的位移成正比。

W_G=mgh W_G∝h

V²=2gh V²∝h W_G∝V²

所以我認為恒力做功與速度的平方可能成正比。

但是實驗(2)中橡皮筋的功是變力功,我不能確定它們的定量關(guān)系。

7.2 猜想與假設

多媒體課件在電子白板上展示課題:探究做功與速度變化的關(guān)系。

師:請同學們猜測變力功和物體獲得速度的關(guān)系。

生:我猜測變力對物體做的功和物體獲得的速度的平方也成正比。

師:下面我們就來探究初速為零的情況下橡皮筋對物體做功和物體獲得的速度的定量關(guān)系。

7.3 問題的引領

多媒體課件展示要探索的問題,利用白板的遮擋功能問題逐個顯示。

師:橡皮筋對小車在哪個階段做功?

生:只有橡皮筋有形變時,對小車有拉力時才會對小車做功。

師:我們能否測出橡皮筋做功的具體數(shù)值?

生:不能直接測量變力的功。

師:那我們?nèi)绾螌ο鹌そ钭龅墓M行測量?

生:我覺得可以讓物體在相同的位移下,改變力的倍數(shù)關(guān)系從而得到功的倍數(shù)關(guān)系。我們可以用幾根相同的橡皮筋,第一次用一根橡皮筋去拉小車,第二次用兩根橡皮筋去拉小車……只要每次拉橡皮筋的起點相同,每次橡皮筋的形變量相同,則橡皮筋對小車做功和橡皮筋的根數(shù)成正比。這樣就可以用橡皮筋的根數(shù)來表示橡皮筋做功的倍數(shù)關(guān)系,如果一根橡皮筋對小車做功為W,那么兩根做功就是2W,三根就是3W………。

師:同學們用了一個非常巧妙的方法,解決了變力做功不能測量的問題。那么小車在軌道上運動時橡皮筋對小車施加的力是小車所受的合外力嗎?

生:不是,小車在水平軌道上運動時不僅會受到橡皮筋對小車的拉力,還受到軌道對小車的摩擦力。

師:我們實驗的目的是探究橡皮筋對小車做功與小車速度變化的關(guān)系。那么我們?nèi)绾稳テ胶廛壍缹π≤嚨哪Σ亮?回顧以前我們做過的實驗看看有沒有可以借鑒的地方。

生:將軌道末端墊高,用重力的下滑分力平衡摩擦力。

師:小車在平衡摩擦力后在木板上做什么性質(zhì)的運動?

生:先加速運動,當橡皮筋恢復原長時拉力消失,以后小車將做勻速運動。

師:小車的速度如何測量?

生:我們可以用光電門測出物體的速度或者用打點計時器和紙帶測量出物體的速度。

師:用紙帶法測紙帶上的點,間距并不都是均勻的,應該采用什么樣的點來計算小車速度,為什么?

生:我們可以選擇點距均勻的點進行實驗數(shù)據(jù)的采集計算小車的速度。

7.4 實驗設計

師:請同學們根據(jù)實驗桌上的器材,確定實驗方案,設計待測數(shù)據(jù)表格,并說明用何種方法處理數(shù)據(jù)。

生:小組內(nèi)討論,確定實驗方案,并設計待測數(shù)據(jù)的表格。

師:交流同學們的設計方案。

生:學生交流設計方案。

師:根據(jù)學生設計的實驗方案,給予評價。

7.5 實驗探究

學生利用實驗桌上提供的實驗器材,自由選擇實驗器材。

生:三人一組,分工合作,進行實驗探究。

師:在實驗過程中,教師巡視指導,個別指導。

師:教師根據(jù)學生的探究進程,點撥學生。

生:繼續(xù)深入地思考,生成新的問題、引發(fā)新的猜想,并深入地探究新的問題。

7.6 數(shù)據(jù)處理

學生利用筆記本電腦處理數(shù)據(jù)。

生:利用圖像法和EXCEL軟件處理數(shù)據(jù),分析圖像討論W-V、W-V²、W-V³的關(guān)系,從圖像上得出功和速度的關(guān)系。

7.7 交流與評價

學生利用投影公布數(shù)據(jù)和結(jié)果,交流感想。

師:通過同學們的探究,現(xiàn)在請同學們交流探究過程和探究的結(jié)果。

生:我們使用橡皮筋、氣墊導軌和光電門探究變力做功和速度變化的關(guān)系。數(shù)據(jù)的處理使用EXCEL軟件,圖像上顯示功和物體獲得的速度的平方成正比關(guān)系。這和我們猜想的結(jié)果相同。

同時我們在探究的過程中思考了另外的一個問題。若物體的初速度不為零,我們猜測橡皮筋做的功和速度的平方差成正比。我們利用氣墊導軌和兩個光電門來驗證我們的猜想。

師:請你們具體的談一下驗證新猜想時你們的實驗設計。

生:我們在橡皮筋伸長的狀態(tài)下,取兩個位置分別放上兩個光電門,只要橡皮筋每次的起點相同,在兩個位置間橡皮筋做的功和橡皮筋的根數(shù)同樣成正比,我們只要測出兩個位置的速度就可以分析功和速度平方差間的關(guān)系了。

師:這一組同學做得非常好,得到功和速度的平方成正比后,還進一步探究了初速度不為零的情況下橡皮筋的功和速度的平方的差成正比。其它組的同學也來交流一下。

生:我們是用橡皮筋和木板、打點計時器探究變力做功和速度變化的關(guān)系,我們的數(shù)據(jù)是用計算機軟件來處理的,圖像顯示功和物體獲得的速度的平方成正比,我們得到的結(jié)果是變力做功和物體獲得的速度平方成正比。

同時,我們在探究過程中也想到如果初速度不為零,橡皮筋的功和速度變化的關(guān)系。我們在理論上繼續(xù)分析了初速度不為零的情況下恒力做功和速度變化的關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn)恒力的功和速度的平方的變化成正比。因此,我們猜測變力可能也是這個結(jié)果,結(jié)果是否這樣我們還需要繼續(xù)探究。

師:請你們把恒力做功下的理論探究的過程寫出來。

生:學生上黑板推導。

W=mgh,W∝h

v22-v12=2gh,

W=mgh,

h∝v22-v12

W∝(v22-v12)

師:這組同學探究出功和速度成正比關(guān)系后,又有了新的發(fā)現(xiàn),并從理論上探究了初速度不為零的條件下功和速度的平方的差值成正比。請其他的小組交流。

生:我們也是用橡皮筋、木板和打點計時器探究變力做功和速度變化的關(guān)系。我們的數(shù)據(jù)是用計算機軟件來處理的,圖像顯示功和物體獲得的速度的平方成正比,我們得到的結(jié)果是變力做功和物體獲得的速度平方成正比。

我們小組又考慮了功和速度平方的等式是怎樣的?我們猜測和m有關(guān),因此我們先用重物和打點計時器做實驗探究,結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)物體做自由落體時恒力的功和12mv2的數(shù)值相等。我們猜測初速為零的情況下變力做功也和恒力做功有同樣的關(guān)系式,這一點我們還需要進一步的探究。

師:這組的同學做得非常好,不但探究了功和速度的平方成正比,而且還找出了初速為零時恒力做功和速度平方的定量關(guān)系式。同時還對初速為零時變力做功和速度的平方的關(guān)系式作了猜測。

我們順著這條思路,可以繼續(xù)大膽的猜想,如果是變力做功,變力做功和速度變化的關(guān)系的定量等式是怎樣的呢?

生:我們猜測是W=12mv22-12mv12。

師:你們的猜測有一定的依據(jù),結(jié)果是否是這樣,我們還需繼續(xù)探究。請同學們在課后從理論上進一步探究或者設計實驗從實驗上作進一步的探究,這個問題的探究就作為我們今天的課后作業(yè)。

7.8 總結(jié)和歸納

利用電子白板的書寫功能總結(jié)本課內(nèi)容。

師總結(jié):探究課的流程、所用的方法、探究的結(jié)果、新的猜想。

8 教學反思

這是一節(jié)較典型的科學探究課,這節(jié)課以實驗探究為主,同時穿插了理論探究。理論探究和實驗探究相互滲透有利于培養(yǎng)學生的科學研究的能力。在探究過程中,為了能使探究順利進行,可以通過問題鏈引領學生解決探究過程中遇到的問題。

在探究過程中學生會發(fā)現(xiàn)新的問題,并根據(jù)新的問題提出新的猜想,此時我們應該鼓勵、引導他們,讓他們的探究活動繼續(xù)下去。讓學生充分理解探究的過程,掌握科學探究的方法,體驗學習的樂趣,進而提高其創(chuàng)新能力。

(欄目編輯趙保鋼)