高中物理人教版必修二第七章 实验：探究功与速度变化的关系1教案

优选 - 1 - / 10 探究功和物体速度变化的关系 【教学内容分析】 本节内容属于人教社出版的普通高中课程标准实验教科书《高中物理（必修 2）》中第五 章《机械能守恒定律》的第六节《探究功与物体速度变化的关系》。本节教材在探究了重力势 能和弹性势能的表达式后，再探究功与物体速度的变化的关系，这一方面是新教材注重培养 学生探究能力的具体体现，另一方面也为下面导出动能的表达式以及探究动能定理奠定实验 基础。 【教学设计思路】 本节课课程标准要求学生通过自己的探究活动，形成概念和掌握规律。在这堂课的教学 中，我着重培养学生科学探究的两方面能力：一是设计实验能力，另一个是数据处理能力。 通过这堂课中设计实验的环节，力求激发学生探究未知、敢于创新的意识和乐趣，培养学生 科学探究能力和严谨的科学态度。让学生学会实验数据处理的方法，学会在不同的图象中寻 找物理规律。 【学情分析】 1．学生已具备控制变量的实验思想，为本节课设计实验环节作了良好的知识准备。 2．学生通过本章第二节《功》的学习，已经知道功与力和力的方向上的位移有关，为设 计实验时学生确定如何改变做功的量和量度做功的量作了良好的知识准备。 3．学生通过《高中物理（必修 1）》中《探究加速度与力、质量的关系》的学习，对实 验中用图象法处理加速度和质量关系的方法已有一定了解， 为本节课处理数据作了良好的知 识准备。 【教学目标】 1．知识与技能： 优选 - 2 - / 10 理解“探究功和物体速度变化关系”实验的原理，得到做功和物体速度变化关系的实验 结论，掌握应用传感器测量小车瞬时速度的操作技能。 2．过程与方法： 经历根据“探究功和速度变化关系”实验目的构思实验方案的过程，发展实验设计能力； 经历运用图像探求做功和速度变化定量关系的过程，提高实验数据的处理能力。 3．情感、态度与价值观： 通过实验逐步养成学生实事求是和严谨的科学态度，通过对未知规律的探究激发学生学 习兴趣和求知欲，并享受成功的愉悦。 【教学重点】探究功与速度变化的关系。 【教学难点】 1.探究实验的设计、分析过程。 2.图像法寻求功与速度变化的关系 【教学资源】 准备以下教具：小车、橡皮筋若干条、绳子、传感器设备、坐标纸。 【教学流程】 创设物理情景──分析功与能的关系──提出功产生的作用效果──猜测做功与速度变化的 关系──引导学生设计探究实验方案──确定实验方案──学生选定实验方法──进行实验和收 集数据──处理数据──得出结论。 【主要教学过程】 一、引入新课 前面几节课我们研究了重力做功与重力势能的关系，又探究了弹力做功与弹性势能的关 系。通过前面的学习，我们知道了能的变化与做功关系密切。那么，做功对物体动能又会有 优选 - 3 - / 10 什么影响呢？ 在初中我们学过，物体由于运动而具有的能量叫做动能。比如（用手推动小车），一辆小 车，我们使它动起来，它就具有了动能。想一想，小车的动能从无到有，发生了变化，是什 么原因呢？ 学生：回答 这样的例子是很多的。比如（展示图片）：重力做功改变了水的动能、弹力做功改变箭的 动能、牵引力做功改变汽车的动能、火药燃烧产生的推力做功改变了炮弹的动能等等。 由此可见，外力做功会引起物体动能的变化，由于物体的动能与物体的速 度关系密切，所以这节课我们先来研究外力做功与物体速度变化之间的关系。 想想看，可以用什么方法来研究功与物体速度变化的关系呢？ 学生：理论推导或实验的方法。 今天我们就用实验的方法来确定它们之间的关系。 用什么实验来探究功与速度变化的关系呢？首先，我们就要来进行实验方案的设计。 设计思考：教学中注意联系学生的生活经验，列举大量实例，这将有助于激发学生的兴 趣，并为本课题学习提供了必要的感性材料。 二、新课教学 （一）设计实验 在实验中，我们要解决两个量的测量问题： 1：有哪些方法可以测定小车获得的速度？ 学生：回答 2：如何量度做功的量。 我先给大家提供一个思路，可以通过两种方式改变做功的量： 优选 - 4 - / 10 方法 1：力不变，位移改变：如 L、2L、3L…… 方法 2：位移不变，力改变: 如 F、2F、3F…… 同学们讨论一下：可以通过什么力，用什么方式来改变物体做功的量呢？ 设计思考：通过启发引导，使学生逐步形成一个正确的探究思路，避免探究的盲目性。 学生：讨论 教师：在学生讨论期间，教师巡视参与。 各小组都设计了一些实验方案，下面请同学一起来交流一下。 学生：阐述方案 下面列举几种学生的设计方案: 方案一：如图所示 实验的设计思路：利用物体的自由落体运动，探究钩码重力做的功使小车 获得速度的关系。钩码下落高度 H，获得的速度为 v；钩码下落高度 2H，获得的速度为 v， 依此类推可以找出功和速度的对应关系。 方案二：如图所示 优选 - 5 - / 10 实验的设计思路：实验中用钩码通过定滑轮拉动小车。在小车运动的位移相同时，用一 个钩码做的功为Ｗ，用两个钩码时做的功就是 2Ｗ，依此类推可以找出功和速度的对应关系。 方案三:如图所示 实验的设计思路：实验中用橡皮筋的弹力拉动小车做功使小车获得速度，在相同的位移 情况下，用一条橡皮筋做的功为Ｗ，用两条橡皮筋时做的功就是 2Ｗ，依此类推可以找出功和 速度的对应关系。 教师：根据测速度、做功的各种方式，通过排列组合，能形成多少种具体方案？那我们 采用哪种方案来进行实验呢？ 学生: 说出自己想做的实验方案 教师：自由落体方案我们将在本章第九节验证机械能守恒定律实验中用到，今天我们就 暂不做这个实验。 通过滑轮拉小车的实验我们在探究小车速度随时间变化的规律时也已经做过了。 这里有好几个方案都是重力做功，而橡皮筋这个方案是变力做功。变力做功的情况在实 际中更加的普遍，做功的情况也更加复杂，对我们来讲更有挑战性，所以今天我们就知难而 上，选用橡皮筋弹射小车的实验方案。 优选 - 6 - / 10 设计思考：实验设计环节最能体现学生的创造能力，应该多花一些时间，学生在课堂上 能提出切实可行的实验方案，而且思维相当活跃，若在思维高潮时刻嘎然而止，学生会有点 意犹未尽的感觉。其次实验设计也不应该仅仅是设计出方案，还应该设计出操作步骤，如总 共做几次实验，采集数据的表格如何设计，应该怎样处理数据等。学生的创造能力是潜在存 在的，老师一定要给学生机会，一定要引导他们表现出这种能力，久而久之学生的素质才会 真正提高。 （二）确定实验方案： 1、分析各种方案的优缺点，最后确定用橡皮筋来做实验。 教师：我在操作过程中发现，用书上的方法弹射小车，小车容易因为两边受力不均而弹 歪或翻车，因此，我做了这样的改进。（展示图片） 2、思考下面几个问题： （1）探究过程中，我们是否需要测出橡皮筋做功的具体数值？ 学生：回答 （2）每次实验中橡皮筋拉伸的长度有什么要求？ 学生：回答 （3）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？ 学生：将木板倾斜一些，用重力的分力来平衡摩擦力。 细线 橡皮筋 优选 - 7 - / 10 教师：倾斜多少怎么确定？ 学生：轻推小车，看小车能不能在斜面上做匀速直线运动。 教师：如何确定小车做的是匀速直线运动？ 学生：思考、讨论，提出一些方案。 教师：可以用两个光电门放在小车沿斜面下滑路径的不同位置处，测出运动到不同位置 时的速度，若测出的速度大小比较接近，则可以认为小车做的是匀速运动。 （三）探究过程： 1、装好实验器材，把木板稍微倾斜，平衡阻力 2、先用一条橡皮筋做实验，把橡皮筋拉长到一定的位置，释放小车。 3、用传感器测出小车的速度。改用 2 条、3 条……同样的橡皮筋进行实验，保持每次实 验中橡皮筋拉长的长度相同。 4、把小车第一次获得的功计为Ｗ，第 2 次，第 3 次……计为 2Ｗ，3Ｗ……，并将测量出 的数据记录到表格中。 （四）数据处理： 教师：表格显示的关系显然不直观，所以我们用图像处理数据能够更加清晰地展示橡皮 筋对小车做的功和小车速度的关系。建立直角坐标系，用纵坐标表示力对物体做的功Ｗ，用 横坐标表示物体的速度 v，描点、连线，得出结论. 学生：作图，并得到一条明显的曲线。 Ｗ — v 图 象 ： 实验次数 1 2 3 4 5 对小车做功 Ｗ 2Ｗ 3Ｗ 4Ｗ 5Ｗ 小车获得的速度 v(m/s) 1.15 1.57 1.92 2.22 2.61 优选 - 8 - / 10 教师：如何通过图像处理数据？（将图像做成直线，有利于判断物理量间的关系），回想 一下我们做过的实验中有没有类似的？我们是如何处理的？ 教师：我们在探究加速度与物体的质量的关系时，是怎样利用图像法来确定各物理量之 间关系的？ 学生：通过猜想，加速度与质量可能是反比关系，所以我们重新定义坐标轴，画出了 a- m 1 图像，得到了一条直线，确定了加速度与质量的反比关系。 教师：通过两个量的原始数据得到的图像不是直线，我们就可以根据猜想它们可能的关 系，重新定义坐标轴。在坐标纸上建立坐标系，作出Ｗ－ 2v 曲线或者其它曲线，如果它是一 条过原点地倾斜直线，那么就验证了我们地猜想.） Ｗ— 2v 图象： 实验次数 1 2 3 4 5 对小车做功 Ｗ 2Ｗ 3Ｗ 4Ｗ 5Ｗ 小车获得的速度 v(m/s) 1.15 1.57 1.92 2.22 2.61 v2 1.32 2.46 3.69 4.93 6.81 优选 - 9 - / 10 教师：选择一组学生的实验数据，利用计算机 Excel 作出Ｗ— v、Ｗ— 2v 图象。 设计思考：数据处理同样体现了探究问题的思路，在Ｗ— v 坐标系中描绘出Ｗ、v 的各 对应点后，既要观察各点的位置关系，又要思考这些点之间应有的函数关系，由于实验误差， 这些点的位置可能表现为直线分布，也可能表现为曲线分布。如果实验得到的各点在Ｗ— v 坐标系中大致呈线性分布，又如何解释？如何处理？这些都需要学生进行理性的分析和研究。 （五）实验结论： Ｗ ∝ 2v ，即功与物体的速度的平方成正比。 （小车从静止开始运动，初速度为零，末速度就是小车速度的变化。） 三、作业 1、认真体会本节探究过程，你有什么收获？ 2、小车的初速度不为零，功与速度之间应该有什么样的关系？ 【教学后记】 明确教学的具体目标，将教学设计的理念贯穿于对科学探究本质的理解，驾驭教材，创 造性地使用教材，是新课改中教师必备的学科素养。本案例中的教学活动始终以学生的探究 活动为主线去展开，探究过程中把操作技能、科学方法、情感和态度有机地融合在一起，有 优选 - 10 - / 10 利于培养学生科学探究的能力和严谨认真的科学态度。 在教学中，让学生体验了提出问题、猜想假设、分组讨论、设计实验、实验验证等探究 性学习的重要环节，体现了教学活动的某某性、主体性和参与性。其次，在教学活动中，教 师鼓励学生积极思考，大胆设计实验，有效地发挥了学生学习的自主性和主动性，并为他们 在学习中团结协作互助提供平台。再次，通过对教材课题的变通，教学思路清晰，目标明确， 环环紧扣，更有利于学生体会科学探究的基本要素。