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1、探究功与速度变化的关系教学设计（普通高中课程标准实验教科书物理必修2第七章第6节，人民教育出版社2010年4月第3版）学校：湖北省黄冈中学姓名：丰正东【设计思想】设计的课堂以学生为中心，注重生生互动、师生互动。在教师引导下充分让学生大胆猜想、自主设计、自主操作，利用小组讨论、汇报交流、协同操作，全面体验感悟实验探究的各个环节，培养学生自主探究、合作学习的能力。针对研究的问题-功与速度变化的关系，引导学生进行实验方案的设计，经过交流比较，设计出既与教材相联系、又不被教材所束缚的创新实验方案，突出学习与创新相结合的教学理念。针对实验数据的处理，在引导学生体验手工描点绘线的基础上，进一步引导学生学习
2、利用计算机软件（Excel）描点拟合图线，使实验数据处理显得更简捷，让学生进一步体验现代技术在实践中的运用。【教材分析】 课程标准在“机械能和能源”这一主题中要求：“通过实验，探究恒力做功与物体动能变化的关系，理解动能和动能定理”。显然，本节的实验探究是下一节“动能和动能定理”理论探究的实践基础，两节课共同解决一个问题：功与动能之间的关系。本节内容是前面两节内容（重力势能、探究弹性势能的表达式）的继续，用做功与能量的关系探索另一种能量及其表达式：动能。由于动能的问题比势能复杂些，所以本节暂不直接涉及动能，而是先找到一个与动能密切相关的物理量-速度，先研究速度与功的关系。本节内容的主要目的是让学
3、生经历和体验实验探究的过程，培养学生实验探究的能力。本节内容是寻求动能表达式的实验探究过程，下节内容（动能和动能定理）是寻求动能表达式的理论探究过程，本节内容的实验探究为下节内容的理论探究奠定了一个实践认识基础，起到很好的铺垫作用，前后两节内容共同构成了一个较为完整的研究课题。通过这两节课的学习，对学生课题意识的形成、探究能力的培养和发展会产生不可低估的作用。【学情分析】 本节内容是一节实验探究课，实验探究学生以前有所接触，如物理必修中的“探究小车速度随时间变化的规律”与“探究加速度与力、质量的关系”。通过以前这一类探究实验的学习，学生已具有一定的实验方案设计能力、实验动手操作能力及实验数据处
4、理的能力。学生有较好的基础，至于图线处理时从关系不明的曲线通过改变坐标量转化为关系较明朗的直线的方法在“探究加速度与力、质量的关系”中也曾接触，学生有一定的基础，但还是有一定的思维和操作难度，教师要注意合理的启发。另外，以前接触的力都是恒力，而这一节牵涉到变力问题，这又是一个思维台阶，教师要通过对话启发学生理解感悟“功的倍增法”的巧妙之处。【教学目标】一、知识与技能1、领会探究功与速度变化关系的实验设计思路，经历探究学习的体验过程。2、理解巧妙改变做功倍数的方法，知道如何得到物体速度的变化。3、能进行实验操作，会采集实验数据。4、会利用图像法寻找w与v的关系。学会使用excel软件处理数据的技
5、能。二、过程与方法1、通过参与整个探究过程，体验科学研究的方法和艰辛历程。2、通过解决变力做功问题，体会科学方法的精妙。3、通过excel软件的使用，再一次体会计算机技术在辅助实验方面的作用。三、情感态度与价值观通过探究过程激发学生求知欲和学习兴趣，享受成功的乐趣，体会物理学研究的科学性。【教学重点】1、实验方案的制定和实施。2、数据的图像处理。【教学难点】1、橡皮筋的弹力做功的处理。（倍增法）2、数据的处理。（图像法）【教学策略】采用“问题猜想实验结论新问题”的探究式教学模式。教师合理地启发引导，让学生自主探究，合作学习，体验探究的思路、方法技巧，体验成功的乐趣。通过生生交互活动与师生交互活
6、动，培养学生合作探究意识，提高发现问题、分析问题和解决问题的能力。【教学资源】 自制多媒体课件、弹弓、长轨道（侧面分别钉上两个钉子 ）、轨道小车、足够数量相同规格的橡皮筋、直尺和卷尺、计算机（装有excel软件）、气垫导轨、数字计时器、坐标纸、实物投影仪等等【教学流程图】 活动 学生提问确定课题领会探究思路 活动五 阅读教材 活动六 师生互动活动七介绍仪器 活动八 学生讨论、交流活动九 学生分组实验活动十一拓展引申 活动四 回答问题问题一设问1确定研究方法 活动三 师问生答提出问题 活动一 演示实验 活动二 展示图片 活动二 播放图片制定实验方案活动十 学生汇报实验实验结论教学流程的说明：（流
7、程图中的虚线表示各教学环节划分标记）活动一 演示弹弓弹射物体。活动二 展示生活中，外力对物体做功使物体的速度发生变化的例子活动三 学生在教师引导下思考回答问题。问题一 设问：要探究做功与速度变化的关系，我们可以什么方法来研究呢？活动四 回答问题活动五 学生阅读教材探究的思路这部分内容。活动六 学生在教师引导下思考回答解决问题。（怎样让对物体做功成倍数增加呢？如何测量物体的速度呢？我们用什么方法分析试验数据呢？）在这里生生、师生互动，共同探讨，学生作为主体，而教师则注意铺设好台阶。活动七 教师介绍本节课提供的实验仪器。活动八 学生小组讨论选择仪器制定实验方案，在老师的引导下汇报展示实验方案，教师
8、总结。活动九 学生在老师的指导下实验探究。活动十 学生小组代表在老师的引导下汇报实验探究结论。活动十一 教师总结本节课内容，拓展引申相关内容。【教学过程】教学环节教学内容及教师活动学生活动设计思路及意图课题引入1、 教师：同步播放ppt图片。2、提问1：同学们，小时候玩过弹弓吗？如何将弹丸射出去了？想一想，怎样让弹丸获得更大速度呢？3、演示：拉伸橡皮筋，再释放橡皮筋，弹丸飞出去。4、提问2：平时的课外活动中，你们最爱什么球类运动？对所提问问题简析，引导学生思考对物体做功越多物体速度变化越大的物理现象。引入课题：功与速度变化究竟有怎样的关系呢？我们一起来研究这类问题。在老师引导下观看图片和演示实
9、验，回忆生活中的物理，体会对物体做功与物体速度变化的关系。学生思考回答老师所提问题。用学生喜欢的生活中做功使物体速度变化的例子（小时候玩过的弹弓游戏、熟悉的课外活动中球类运动）激发探究的欲望，使学生满怀兴趣地直入主题。研究方法提问：想一想，要探究做功与速度变化的关系，我们可以什么方法来研究呢？给出实验研究的提示：可以设计一个实验，测出力对物体做功的数值，再测出做功下物体速度变化值，采集多组数据，分析他们之间的关系。比如，弹弓发射弹丸，测出橡皮筋对弹丸的功，测出弹丸速度的变化，再分析他们间的关系。思考回答问题：用实验的方法。学生有过类似问题的研究经历，是比较容易想到采用实验的方法。探究思路安排学
10、生阅读教材探究的思路这部分内容。引导学生解决制定实验方案中的三个问题。功是力与力方向上位移的乘积，直接测量功是比较困难的，为了使探究更简单，我们可以采用特殊的办法。设置情景让外力对物体做功成倍数改变，将每一次的功分别以1W，2W，3W变化，并不直接测出功的数值。问题1：怎样让对物体做功成倍数增加呢？如果用恒力对物体做功，怎样让对物体做功成倍数增加呢？恒力对物体做功的思路固然简单，但考虑到生活生产中，变力做功的情况更多，如果就用几根相同的橡皮筋对物体做功，大家想一想，怎样让对物体做功成倍数增加呢？ 教师总结：相同形变量，根数成倍数增加的橡皮筋对物体做成倍数增加的功。问题2：要测出对物体做功前后，
11、物体的初末速度。为了使测量变得简单，实验中，可以对原来静止的物体做功，只要测出对物体做功结束时，物体的速度，就得到了做功后物体速度的变化。根据我们前面学过的知识，如何测量物体的速度呢？问题3：我们用什么方法分析试验数据呢？教师举例：纵坐标表示橡皮筋对物体做的功，横坐标表示物体获得的速度。做出功与速度变化曲线，甚至做出功与速度变化平方的曲线。阅读教材探究的思路这部分内容。从教材中给出的两个案例得到一些启示。在老师引导下思考回答问题。回答问题1：如果用恒力对物体做功，使物体在力的方向上移动相同的距离S，第一次用恒力F，第二次用恒力2F，第三次用恒力3F，则功就对应1W，2W，3W。或者用同一恒力使
12、物体在力的方向上分别移动1S，2S，3S的距离，则功也对应1W，2W，3W。提出方案一：设法使橡皮筋的形变量按倍数增加，即橡皮筋的形变量依次为1X、2X、3X，对应的功就依次为成倍数增加。提出方案二：设法使橡皮筋的根数按倍数增加，即橡皮筋依次为1根、2根、3根，对应的功就依次为1W、2W、3W回答问题2：打点计时器，数字计时器，平抛，回答问题3：用列表法或图像法来处理实验数据。结合演示的实例选景分析，增加物理学习的亲切感。以合理的科学的特殊、简单的方案设计思路引导学生思考设计思路，可以降低学生思维的难度。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，才能避免探究的盲目性。同学们的思
13、维很活跃，在教师的引导下师生共同讨论先解决制定探究方案必须解决的共同难题。介绍仪器长轨道（侧面固定两个小立柱 ）、轨道小车、足够数量相同规格的橡皮筋、直尺或者卷尺、计算机（装有excel软件）、气垫导轨、数字计时器、坐标纸、投影仪等等。教师简单介绍器材。学生观察实验器材，并回忆各实验器材的使用方法，联系探究功与速度变化的主题，考虑如何选择器材制定实验探究方案。尽量提供学生熟悉的实验器材，可以使学生在已有的实验能力上进一步提高，同时也增加了学生探究的热情。制定探究实验方案布置学生结合刚才的讨论，用相同形变量、根数成倍数增加的橡皮筋对物体做成倍数增加的功，再测对物体做功结束时物体速度的思路，从提供
14、的试验器材中选取器材，设计出实验方案。指导学生思考实验方案，并观察设计比较好的实验思路。有选择性的找小组代表展示实验方案。评价学生展示的实验方案。学生根据已有知识，小组内思考讨论制定探究实验方案。学生展示设计的实验方案。方案一：利用橡皮筋弹射可以在气垫导轨上滑动的滑块，用数字计时器直接测出橡皮筋对物体做功后，物体获得的速度，再研究功与速度之间的关系。方案二、弹弓弹射弹丸，测出弹丸平抛运动后的水平射程。方案三、橡皮筋弹射小车，测出小车在金属轨道上运动的位移。通过合作方式设计实验方案，培养学生团结协作的团队精神；通过展示学生小组的研究成果，使全体学生获得成功的体验；通过比较选择方案，使学生开阔了视
15、野，并使下一步的研究更趋合理。学生实验根据制定的实验方案，指示学生分组实验。巡视、指导，解答学生提出的问题，处理即发事件。指导学生完成实验。学生实验完毕后，指导学生进行数据处理。巡视、指导学生作图，收集各种信息，为寻找学生汇报成果做准备。四人一组进行实验，完成实验操作，记录实验数据，并进行数据处理。在坐标纸上建立坐标系，描画WV和WV2等等图来观察分析功与速度的关系。或者用计算机处理实验数据。在已有的能力上，独立完成探究过程。有的学生可能会走弯路，甚至失败，但重要的是让学生亲历数据处理的探究过程。同时，运用现代技术处理数据，培养学生的现代意识，感受更多更简捷的数据处理方法。总结探究结论用实物投影仪展
