《第03节探究外力做功与物体动能变化的关系》教学设计(广东省县级优课)-物理教案

7.6实验：探究功与速度变化的关系教学设计汕头第四中学吴晓燕【设计思想】这节课围绕功、速度变化及两者间的关系三方面引导学生展开探究过程，通过小组讨论、课件演示、动手实验和实验数据处理等一系列活动激发学生主动参与的积极性和和学习的热情。教师根据知识发生、发展与变化的过程积极引导学生进行探索性学习，努力激发学生学习的兴趣，培养学生探究发现和合作学习的能力。【教材分析】

从本章知识的整个体系来说，本节教材只是为下一节“动能和动能定理”的理论推导奠定一个认识基础，引入这节课的目的就在于给学生增加探究与动手的机会，让学生学会观察，大胆猜想，勇于解决问题；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。【学情分析】对于功和能的关系，在前两节分别讲了重力做功与重力势能的关系、弹力做功与弹性势能的关系，所以学生已经初步认识到通过做功来了解某种能量的变化，从而研究这种能量，因此可以让学生通过类比，从力对物体做功入手来探究动能的变化，但首先要探究功与物体速度变化的关系，在进行教学时，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，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，这样处理容易使学生产生新鲜感，进而产生探究的兴趣，而且变力做功对实际问题来说更具有普遍性。【课时安排】1课时【教学重点】学习探究功与速度变化关系的物理过程和所用方法，并会利用图象法处理数据。【教学难点】1．探究思路的形成及实验条件的控制；2．实验数据的处理方法——图象法。【教学工具】打点计时器、纸带、刻度尺、铁架台、重物、长木板、橡皮筋、小车、多媒体设备等。【教学过程设计】师生共同总结结论教师讲解实验目的师生共同总结结论教师讲解实验目的学生设计实验方案学生汇报探究结果教师提供仪器，学生分组探究生活中的实例引入探究问题教师活动学生活动设计意图情景引入1．利用弹弓引起学生的共鸣，调动学生的学习兴趣；2．提问思考：是什么原因使纸弹速度发生变化？如何使纸弹速度变化更大？学生回答后总结：根据牛顿第二定律，合外力使物体速度发生变化，即合外力做功使物体速度发生变化；橡皮筋条数增加一倍，控制拉伸量相同，功变为原来的两倍，纸弹能获得更大的速度。3．提问思考：此时纸弹的速度变化？4．顺势提问：确定速度一定变成原来的两倍吗？有没有其他可能性？学生回答后总结：功可能与v、v2、v3、成正比，从而引出这节课的内容：探究功与速度变化的关系。观察后回答：橡皮筋对纸弹做功使纸弹速度发生变化；拉长橡皮筋或增加橡皮筋条数可以使纸弹获得更大速度。思考后学生发言：纸弹的速度变为原来的两倍通过道具展示激发同学们探究的欲望。新课探究明确实验目的：探究功与速度变化的关系，从三个方面入手，①功w=Fscosa，可以用来计算恒力做功，如重力做功，重力恒定不变，可用该公式进行计算；此外还有变力做功，变力做功无法直接用公式求出数值，如果可用找着做功的倍数关系，也可以解决问题，如刚才的弹弓，用一条橡皮筋做功w，用两条橡皮筋拉伸到相同位置做功2w。②速度是矢量，如果要研究速度的变化量，要遵循平行四边形定则，所以我们对此进行简化，如果初速度为零，速度变化量即为末速度。③两者的关系，我们在处理数据时可以采用表格法及图像法进行研究。学生回顾之前的知识，理清本节课的实验目的及实验要点，从而可以从这三方面入手进行实验的设计。通过相关问题的设置和学生的回答情况，教师一步步引导学生抓住实验的要点。实验设计提出问题：明确实验目的后，请各位同学根据桌子上的器材(打点计时器、纸带、刻度尺、铁架台、重物、长木板、橡皮筋、小车等)进行实验设计，可以小组间进行讨论，待会派代表来汇报结果。分组讨论，由小组选派代表汇报讨论结果。启发学生，让学生有独立思考设计实验的空间。教师活动学生活动设计意图实验设计学生提出实验方案的设计，同时让学生动手进行操作演示，然后教师进行规范操作的指导。实验方案一：探究恒力做功与速度变化的关系（1）把打点计时器安装在铁架台上；（2）把纸带的一端与重物相连，另一端穿过计时器的限位孔，压在复写纸下发，用手竖提起纸带使重物停靠在计时器附近；（3）接通电源，松开纸带，让重物自由下落；（4）重复三次，挑选点迹清晰的纸带使用。实验方案二：探究变力做功与速度变化的关系（1）将打点计时器固定在长木板上，让纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器，将长木板安装有打点计时器的一端适当垫高，调整高度，直至轻推小车后使连有纸带的小车恰能在板上做匀速直线运动为止；（2）将橡皮筋固定在小车前端，拉长橡皮筋使小车位于靠近打点计时器处，记下小车位置，接通打点计时器电源，释放小车；（3）用2条、3条、4条、5条橡皮筋分别代替1条橡皮筋重做实验，保证每次释放小车的位置相同；（4）在上述实验中打出的5条纸带中，分别找出小车开始近似做匀速运动的点，并分别测出匀速运动时的速度v1、v2、v3、v4、v5。设计方案一：重物在重力作用下做自由落体运动，用打点计时器记录重物速度变化的情况，再通过对纸带的分析研究得出功与速度变化的关系。设计方案二：小车在橡皮筋的作用下获得一定的速度，用打点计时器记录小车速度变化的情况，依次增加橡皮筋的条数，并保证每次释放小车的位置相同，再重复实验，最后通过对纸带的分析研究得出功与速度变化的关系。学生展示后总结：有重力和拉力做功，是恒力的功，还有橡皮筋、弹簧的弹力做功，是变力的功。论证学生提出的实验方案的可行性，并对学生的方案细节化，并强调实验中的注意事项，由此确定本节的实验方案。教师活动学生活动设计意图实验设计在实验方案二中要注意平衡摩擦力：(1)提出问题：橡皮筋对小车做的功是合力做的功吗？(2)如何平衡摩擦力？(3)如何判断小车做匀速运动？引导学生思考平衡摩擦力的方法并示范：强调注意事项：平衡摩擦力时应将木板放有打点计时器的一端垫高，小车不连橡皮筋，尾部固定一纸带，轻推小车使小车沿木板向下能做匀速运动。回答：还有摩擦阻力做功；回答：用木块把木板垫高，利用重力的分力平衡摩擦力；回答：得到的纸带上的点间距要均匀。按照实验操作步骤及其注意事项，学生分组进行实验探究。要求小组各成员在实验中紧密配合，共同完成实验探究；同时教师根据学生实验的情况适时点拨。数据处理功与速度的测定实验方案一：探究恒力做功与速度变化的关系提问：如何求重力做功？如何计算某点的瞬时速度？重力做功：求某点的瞬时速度：实验方案二：探究变力做功与速度变化的关系橡皮筋的弹力是变力，不用能恒力功公式计算,用1根、2根、3根……相同的橡皮筋进行测量，且小车每次释放的位置应相同,弹力每次做功成倍率变化,为w、2w、3w……演示：小车被橡皮筋弹射的过程。(1)小车做什么运动？(2)要测量小车在哪段中的运动速度？(3)如何测量这段的运动速度？回答：W=mgh回答：先加速后匀速；回答：要测量的是做匀速运动的速度；回答：在纸带上选取间距均匀的点来确定小车获得的速度，即。引导学生利用以前的知识，掌握从纸带获取数据、计算小车速度的方法，体会这种用数学方法解决物理问题的思路，培养学生养成良好的思维习惯，并让学生对这个实验的结果有更加清晰的认识。教师活动学生活动设计意图数据处理我们测定了和两个物理量，再进行同样的五组或六组实验，再将实验数据进行分析，就可以得和的关系。1.提出问题：如何更直观、简便地分析功与速度变化的关系？搜集各组的作图情况，并通过实物投影进行展示。2．提出问题：由此我们可以得出什么样的结论？3．总结结论：当物体初速度为零时，外力对物体做的功与物体速度的平方成正比，即(）。以上数据的处理都是手工操作完成的，我们也可以用Excel软件来处理数据。4.分组讨论每个实验方案存在的问题或实验会出现哪些误差，如何解决或尽量减小这些误差产生原因带来的影响？实验方案一误差减小方法：纸带与限位孔保持平行；②选择体积小重量大的重物；③多次测量；④挑选第一、第二两点间距离接近2mm的纸带进行研究。实验方案二误差减小方法：①选用规格相同的橡皮筋，并记录下第一次小车释放的位置；②纸带与限位孔保持平行；③多次测量；④实验前精确地平衡摩擦力。集体回答：在坐标纸上作图象。各小组在坐标纸上建立坐标系，先作出－曲线，再作－曲线。小组代表回答：外力对物体做的功与物体速度的平方成正比。各小组汇总答案并推举代表回答，实验方案一误差产生原因：①纸带与限位孔的摩擦阻力；②物体下落时受到的空气阻力；③测量、描点不准确；④没有挑选第一、第二两点间距离接近2mm的纸带，重物运动的初速度不为零。实验方案二误差产生原因：①橡皮筋形变量不一定相同，不同的橡皮筋长短、粗细不一；②纸带与限位孔的摩擦阻力；③测量、描点不准确；④忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力。让学生学会用图象法处理数据，可以直观地看成功与速度的关系，并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。让学生概括总结出实验中出现误差的主要原因及解决方案，提高学生分析、解决问题的能力。教师活动学生活动设计意图延伸拓展提问：当物体初速度为零时，外力对物体做的功与物体速度的平方成正比，即(）。但如果物体的初速度不为零，那功是与物体速度变化量的平方成正比呢（）？还是跟速度平方的变化量成正比（）？思考：针对实验一，你能否根据牛顿第二定律和运动学公式导出合外力所做的功与物体速度变化的关系?总结：功与速度平方的变化量成正比，而且在推导过程中出现了这个物理量，代表什么？请同学们带着这节课探究的结果及这个疑问，预习第七节课《动能及动能定理》，我们下节课在继续探究。回答：与速度平方的变化量成正比。让学生从理论的角