7.6實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系教學(xué)設(shè)計(jì)汕頭第四中學(xué)吳曉燕【設(shè)計(jì)思想】這節(jié)課圍繞功、速度變化及兩者間的關(guān)系三方面引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)探究過(guò)程，通過(guò)小組討論、課件演示、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等一系列活動(dòng)激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與的積極性和和學(xué)習(xí)的熱情。教師根據(jù)知識(shí)發(fā)生、發(fā)展與變化的過(guò)程積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索性學(xué)習(xí)，努力激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生探究發(fā)現(xiàn)和合作學(xué)習(xí)的能力。【教材分析】

從本章知識(shí)的整個(gè)體系來(lái)說(shuō)，本節(jié)教材只是為下一節(jié)“動(dòng)能和動(dòng)能定理”的理論推導(dǎo)奠定一個(gè)認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)，引入這節(jié)課的目的就在于給學(xué)生增加探究與動(dòng)手的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)觀察，大膽猜想，勇于解決問(wèn)題；也可以有效地促使學(xué)生在學(xué)習(xí)動(dòng)能定理后能比較深刻地認(rèn)識(shí)到動(dòng)能定理不僅對(duì)恒力做功的條件下成立，在變力做功的情況下也是成立的。【學(xué)情分析】對(duì)于功和能的關(guān)系，在前兩節(jié)分別講了重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系、彈力做功與彈性勢(shì)能的關(guān)系，所以學(xué)生已經(jīng)初步認(rèn)識(shí)到通過(guò)做功來(lái)了解某種能量的變化，從而研究這種能量，因此可以讓學(xué)生通過(guò)類比，從力對(duì)物體做功入手來(lái)探究動(dòng)能的變化，但首先要探究功與物體速度變化的關(guān)系，在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，如果運(yùn)用恒力做功的方式來(lái)探究功與物體速度變化間的關(guān)系，可能會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生審美疲勞，選擇利用橡皮筋的拉力做功來(lái)探究功與物體速度變化間的關(guān)系，這樣處理容易使學(xué)生產(chǎn)生新鮮感，進(jìn)而產(chǎn)生探究的興趣，而且變力做功對(duì)實(shí)際問(wèn)題來(lái)說(shuō)更具有普遍性。【課時(shí)安排】1課時(shí)【教學(xué)重點(diǎn)】學(xué)習(xí)探究功與速度變化關(guān)系的物理過(guò)程和所用方法，并會(huì)利用圖象法處理數(shù)據(jù)。【教學(xué)難點(diǎn)】1．探究思路的形成及實(shí)驗(yàn)條件的控制；2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法——圖象法。【教學(xué)工具】打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、刻度尺、鐵架臺(tái)、重物、長(zhǎng)木板、橡皮筋、小車、多媒體設(shè)備等。【教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)】師生共同總結(jié)結(jié)論教師講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康膸熒餐偨Y(jié)結(jié)論教師講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案學(xué)生匯報(bào)探究結(jié)果教師提供儀器，學(xué)生分組探究生活中的實(shí)例引入探究問(wèn)題教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖情景引入1．利用彈弓引起學(xué)生的共鳴，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；2．提問(wèn)思考：是什么原因使紙彈速度發(fā)生變化？如何使紙彈速度變化更大？學(xué)生回答后總結(jié)：根據(jù)牛頓第二定律，合外力使物體速度發(fā)生變化，即合外力做功使物體速度發(fā)生變化；橡皮筋條數(shù)增加一倍，控制拉伸量相同，功變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍，紙彈能獲得更大的速度。3．提問(wèn)思考：此時(shí)紙彈的速度變化？4．順勢(shì)提問(wèn)：確定速度一定變成原來(lái)的兩倍嗎？有沒(méi)有其他可能性？學(xué)生回答后總結(jié)：功可能與v、v2、v3、成正比，從而引出這節(jié)課的內(nèi)容：探究功與速度變化的關(guān)系。觀察后回答：橡皮筋對(duì)紙彈做功使紙彈速度發(fā)生變化；拉長(zhǎng)橡皮筋或增加橡皮筋條數(shù)可以使紙彈獲得更大速度。思考后學(xué)生發(fā)言：紙彈的速度變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍通過(guò)道具展示激發(fā)同學(xué)們探究的欲望。新課探究明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄抗εc速度變化的關(guān)系，從三個(gè)方面入手，①功w=Fscosa，可以用來(lái)計(jì)算恒力做功，如重力做功，重力恒定不變，可用該公式進(jìn)行計(jì)算；此外還有變力做功，變力做功無(wú)法直接用公式求出數(shù)值，如果可用找著做功的倍數(shù)關(guān)系，也可以解決問(wèn)題，如剛才的彈弓，用一條橡皮筋做功w，用兩條橡皮筋拉伸到相同位置做功2w。②速度是矢量，如果要研究速度的變化量，要遵循平行四邊形定則，所以我們對(duì)此進(jìn)行簡(jiǎn)化，如果初速度為零，速度變化量即為末速度。③兩者的關(guān)系，我們?cè)谔幚頂?shù)據(jù)時(shí)可以采用表格法及圖像法進(jìn)行研究。學(xué)生回顧之前的知識(shí)，理清本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皩?shí)驗(yàn)要點(diǎn)，從而可以從這三方面入手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。通過(guò)相關(guān)問(wèn)題的設(shè)置和學(xué)生的回答情況，教師一步步引導(dǎo)學(xué)生抓住實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提出問(wèn)題：明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮螅?qǐng)各位同學(xué)根據(jù)桌子上的器材(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、刻度尺、鐵架臺(tái)、重物、長(zhǎng)木板、橡皮筋、小車等)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以小組間進(jìn)行討論，待會(huì)派代表來(lái)匯報(bào)結(jié)果。分組討論，由小組選派代表匯報(bào)討論結(jié)果。啟發(fā)學(xué)生，讓學(xué)生有獨(dú)立思考設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的空間。教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，同時(shí)讓學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行操作演示，然后教師進(jìn)行規(guī)范操作的指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)方案一：探究恒力做功與速度變化的關(guān)系（1）把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上；（2）把紙帶的一端與重物相連，另一端穿過(guò)計(jì)時(shí)器的限位孔，壓在復(fù)寫(xiě)紙下發(fā)，用手豎提起紙帶使重物停靠在計(jì)時(shí)器附近；（3）接通電源，松開(kāi)紙帶，讓重物自由下落；（4）重復(fù)三次，挑選點(diǎn)跡清晰的紙帶使用。實(shí)驗(yàn)方案二：探究變力做功與速度變化的關(guān)系（1）將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上，讓紙帶的一端夾在小車后端，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，將長(zhǎng)木板安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)墊高，調(diào)整高度，直至輕推小車后使連有紙帶的小車恰能在板上做勻速直線運(yùn)動(dòng)為止；（2）將橡皮筋固定在小車前端，拉長(zhǎng)橡皮筋使小車位于靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，記下小車位置，接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，釋放小車；（3）用2條、3條、4條、5條橡皮筋分別代替1條橡皮筋重做實(shí)驗(yàn)，保證每次釋放小車的位置相同；（4）在上述實(shí)驗(yàn)中打出的5條紙帶中，分別找出小車開(kāi)始近似做勻速運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)，并分別測(cè)出勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度v1、v2、v3、v4、v5。設(shè)計(jì)方案一：重物在重力作用下做自由落體運(yùn)動(dòng)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄重物速度變化的情況，再通過(guò)對(duì)紙帶的分析研究得出功與速度變化的關(guān)系。設(shè)計(jì)方案二：小車在橡皮筋的作用下獲得一定的速度，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄小車速度變化的情況，依次增加橡皮筋的條數(shù)，并保證每次釋放小車的位置相同，再重復(fù)實(shí)驗(yàn)，最后通過(guò)對(duì)紙帶的分析研究得出功與速度變化的關(guān)系。學(xué)生展示后總結(jié)：有重力和拉力做功，是恒力的功，還有橡皮筋、彈簧的彈力做功，是變力的功。論證學(xué)生提出的實(shí)驗(yàn)方案的可行性，并對(duì)學(xué)生的方案細(xì)節(jié)化，并強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)，由此確定本節(jié)的實(shí)驗(yàn)方案。教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)方案二中要注意平衡摩擦力：(1)提出問(wèn)題：橡皮筋對(duì)小車做的功是合力做的功嗎？(2)如何平衡摩擦力？(3)如何判斷小車做勻速運(yùn)動(dòng)？引導(dǎo)學(xué)生思考平衡摩擦力的方法并示范：強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)：平衡摩擦力時(shí)應(yīng)將木板放有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端墊高，小車不連橡皮筋，尾部固定一紙帶，輕推小車使小車沿木板向下能做勻速運(yùn)動(dòng)。回答：還有摩擦阻力做功；回答：用木塊把木板墊高，利用重力的分力平衡摩擦力；回答：得到的紙帶上的點(diǎn)間距要均勻。按照實(shí)驗(yàn)操作步驟及其注意事項(xiàng)，學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。要求小組各成員在實(shí)驗(yàn)中緊密配合，共同完成實(shí)驗(yàn)探究；同時(shí)教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的情況適時(shí)點(diǎn)撥。數(shù)據(jù)處理功與速度的測(cè)定實(shí)驗(yàn)方案一：探究恒力做功與速度變化的關(guān)系提問(wèn)：如何求重力做功？如何計(jì)算某點(diǎn)的瞬時(shí)速度？重力做功：求某點(diǎn)的瞬時(shí)速度：實(shí)驗(yàn)方案二：探究變力做功與速度變化的關(guān)系橡皮筋的彈力是變力，不用能恒力功公式計(jì)算,用1根、2根、3根……相同的橡皮筋進(jìn)行測(cè)量，且小車每次釋放的位置應(yīng)相同,彈力每次做功成倍率變化,為w、2w、3w……演示：小車被橡皮筋彈射的過(guò)程。(1)小車做什么運(yùn)動(dòng)？(2)要測(cè)量小車在哪段中的運(yùn)動(dòng)速度？(3)如何測(cè)量這段的運(yùn)動(dòng)速度？回答：W=mgh回答：先加速后勻速；回答：要測(cè)量的是做勻速運(yùn)動(dòng)的速度；回答：在紙帶上選取間距均勻的點(diǎn)來(lái)確定小車獲得的速度，即。引導(dǎo)學(xué)生利用以前的知識(shí)，掌握從紙帶獲取數(shù)據(jù)、計(jì)算小車速度的方法，體會(huì)這種用數(shù)學(xué)方法解決物理問(wèn)題的思路，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，并讓學(xué)生對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果有更加清晰的認(rèn)識(shí)。教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖數(shù)據(jù)處理我們測(cè)定了和兩個(gè)物理量，再進(jìn)行同樣的五組或六組實(shí)驗(yàn)，再將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，就可以得和的關(guān)系。1.提出問(wèn)題：如何更直觀、簡(jiǎn)便地分析功與速度變化的關(guān)系？搜集各組的作圖情況，并通過(guò)實(shí)物投影進(jìn)行展示。2．提出問(wèn)題：由此我們可以得出什么樣的結(jié)論？3．總結(jié)結(jié)論：當(dāng)物體初速度為零時(shí)，外力對(duì)物體做的功與物體速度的平方成正比，即(）。以上數(shù)據(jù)的處理都是手工操作完成的，我們也可以用Excel軟件來(lái)處理數(shù)據(jù)。4.分組討論每個(gè)實(shí)驗(yàn)方案存在的問(wèn)題或?qū)嶒?yàn)會(huì)出現(xiàn)哪些誤差，如何解決或盡量減小這些誤差產(chǎn)生原因帶來(lái)的影響？實(shí)驗(yàn)方案一誤差減小方法：紙帶與限位孔保持平行；②選擇體積小重量大的重物；③多次測(cè)量；④挑選第一、第二兩點(diǎn)間距離接近2mm的紙帶進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)方案二誤差減小方法：①選用規(guī)格相同的橡皮筋，并記錄下第一次小車釋放的位置；②紙帶與限位孔保持平行；③多次測(cè)量；④實(shí)驗(yàn)前精確地平衡摩擦力。集體回答：在坐標(biāo)紙上作圖象。各小組在坐標(biāo)紙上建立坐標(biāo)系，先作出－曲線，再作－曲線。小組代表回答：外力對(duì)物體做的功與物體速度的平方成正比。各小組匯總答案并推舉代表回答，實(shí)驗(yàn)方案一誤差產(chǎn)生原因：①紙帶與限位孔的摩擦阻力；②物體下落時(shí)受到的空氣阻力；③測(cè)量、描點(diǎn)不準(zhǔn)確；④沒(méi)有挑選第一、第二兩點(diǎn)間距離接近2mm的紙帶，重物運(yùn)動(dòng)的初速度不為零。實(shí)驗(yàn)方案二誤差產(chǎn)生原因：①橡皮筋形變量不一定相同，不同的橡皮筋長(zhǎng)短、粗細(xì)不一；②紙帶與限位孔的摩擦阻力；③測(cè)量、描點(diǎn)不準(zhǔn)確；④忘記平衡摩擦力或沒(méi)有完全平衡摩擦力。讓學(xué)生學(xué)會(huì)用圖象法處理數(shù)據(jù)，可以直觀地看成功與速度的關(guān)系，并可以有效地促使學(xué)生在學(xué)習(xí)動(dòng)能定理后能比較深刻地認(rèn)識(shí)到動(dòng)能定理不僅對(duì)恒力做功的條件下成立，在變力做功的情況下也是成立的。讓學(xué)生概括總結(jié)出實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)誤差的主要原因及解決方案，提高學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力。教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖延伸拓展提問(wèn)：當(dāng)物體初速度為零時(shí)，外力對(duì)物體做的功與物體速度的平方成正比，即(）。但如果物體的初速度不為零，那功是與物體速度變化量的平方成正比呢（）？還是跟速度平方的變化量成正比（）？思考：針對(duì)實(shí)驗(yàn)一，你能否根據(jù)牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式導(dǎo)出合外力所做的功與物體速度變化的關(guān)系?總結(jié)：功與速度平方的變化量成正比，而且在推導(dǎo)過(guò)程中出現(xiàn)了這個(gè)物理量，代表什么？請(qǐng)同學(xué)們帶著這節(jié)課探究的結(jié)果及這個(gè)疑問(wèn)，預(yù)習(xí)第七節(jié)課《動(dòng)能及動(dòng)能定理》，我們下節(jié)課在繼續(xù)探究。回答：與速度平方的變化量成正比。讓學(xué)生從理論的角