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1、1 / 12 教案设计 -7.6 探究功与物体速度变化的关系江西省吉水县第二中学李拥军【设计思想】1、围绕实验设计、实验操作与实验数据处理三个环节引导学生展开探究过程。通过小组讨论、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、发展与变化的过程通过穿针引线的方式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。2、采用 “ 问题 讨论 实验 归纳 ” 的探究性教案模式，使学生在获得知识的同时，学会科学研究的方法，经历伴随着探究活动的深入而产生的情感体验。【教材分析】在前面几节内容中，已经成功地建立了重力势能的概念
2、，清楚了重力的功与重力势能改变量间的关系，也探究了弹性势能的表达式。那么，力对物体所做的功与物体的动能间又有什么关系呢？应该从什么途径出发进行研究呢？显然，既可以从已有知识出发通过逻辑推导的方法进行研究，也可以通过实验的方式进行探究。引入“ 探究功与物体速度变化的关系” 的目的就在于给学生增加探究与体验的机会，提高理论联系实际的水平，并有效地促使学生在探究中开阔思路，在分析问题和处理问题的过程中提高探究问题的水平。因此，本节内容从实验的方向进行探究。对教师来说，这是一节较难驾驭的内容，无论从教案设计，还是实验准备来说，都有相当的难度。教师要积极创造条件，让学生亲身经历实验探究的过程。本节内容的
3、设计中，采用橡皮筋拉小车，使小车获得动能的过程中，探究橡皮筋做的功与小车速度变化的关系。由于橡皮筋的弹力随其长度改变量间的关系是非线性的，因而橡皮筋对小车的功无法用现成的公式进行计算。本实验的精妙之处就在于巧妙地回避了功的计算。因为如果一条橡皮筋对小车做功为时，两条橡皮筋对小车做的功就是2W ，三条橡皮筋对小车做功为3W，依次类推，各次实验中橡皮筋对小车的功都可以用的倍数来表达，再利用打点计时器来测定各次实验中小车的速度，根据一系列橡皮筋的功和与之对应的小车速度的测量值即可找出功与物体速度变化间的关系。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
4、础，在教案中应灵活把握。通过“ 探究功与物体速度变化的关系” 的实验，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】学生在本章的前几节内容中，已经初步树立了功是能量变化的量度的观念。那么，力对物体所做的功与物体动能的改变量间存在着什么关系呢？这是学生急待解决的问题。引入“ 探究功与物体速度变化的关系 ” 这节内容正所谓急学生所急，但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，因为我们在“ 探究加速度与力、质量的关系” 时已经用过这套实验装置。现在，选择利用橡皮筋的拉力做功来
5、探究功与物体速度变化间的关系，不仅考虑到这样处理容易使学生产生新鲜感，进而产生探究的兴趣，也因为变力做功对实际问题来说更具有普遍性。这样的设计思路，把不便于用公式进行计算的橡皮筋对小车的弹力的功通过思维的变换，用改变精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 12 页2 / 12 橡皮筋条数，保持小车在相同距离的条件下，弹力做功的大小与橡皮筋的条数成正比来取代，这是一种极其巧妙地思路，也是一种很好地进行科学探究的思维方法。同时，也非常符合中学生的认知特点，对开阔学生的视野，提高科学素养等方面都会产生积极的影响。【教案目标】知识与能力
6、1、练习使用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。能独立进行实验操作，会采集实验数据2、利用纸带打点计时器、橡皮筋、小车探究功与物体速度变化的关系。3 、能够对实验数据进行分析与处理，学习利用物理图象探究功与物体速度变化的关系。4、通过探究出了做功与速度变化的关系，找出动能与速度的关系了。5、能够领会探究功与物体速度变化的关系实验的设计思路。明确用一根橡皮筋所做的功为单位简化问题的思想方法，知道利用小车做匀速运动阶段测量速度比较合理。过程与方法通过用纸带与打点计时器来探究功与速度的关系，体验知识的探究过程和物理学的研究方法。情感、态度与价值观通过实验探究，让学生经历自主探究、合作学习的情感体
7、验，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“ 实践是检验真理的唯一标准” 的科学观。【教案重点】本节教案内容的重点是实验方案的设计与筛选，学习探究功与速度变化关系的物理方法，并会利用图象法处理数据。【教案难点】难点是通过对实验数据的分析得出功与物体速度变化的关系。【教案策略与手段】教师在本节课的授课中难以驾驭的是如何引导学生进行积极地思考，使学生既能发挥创造性思维，也能够围绕本节的重点把探究活动深入下去。因此，本教案设计中，采用学生分组实验的方法。在教师适当的引导下，通过学生自主探究和合作学习的方式展开教案过程，努力使学生在经历探究的过程中，增强问题研究的意识，提高分析问题和解决问
8、题的能力。【教案方法】实验观察法、图象法、迁移法。【课前准备】1、学生分组实验器材的准备准备 6组实验）小车 前端带小钩，选择有轮缘的轮子，以尽可能保证小车作直线运动）；100g200g的砝码；可以调节倾斜程度的叠加木板轨道、并在轨道一端适当位置固定一个用于固定橡皮筋的钉子；电火花计时器及纸带；6根等长的橡皮筋，刻度尺，铁夹等。2、教师辅助教案资料两把儿童飞镖玩具，；PPT课件；导学材料。合作探究评价标准表. 3、有关器材的选择1）橡皮筋的选择从本实验的设计思路看，橡皮筋的选择是关键。本实验要求用相同规格的橡皮筋，但市场上常见的橡皮筋 圈）粗细不一，一致性差，不同橡皮筋圈）之间的弹力差异也比较
9、大。而且由于橡皮橡皮筋比较粗，弹力偏大，当实验中橡皮筋的数目增至4根以上时，弹力过大，纸带上打出的点数过少，以致找不出小车作匀速运动时所打出的点。因此，市场精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 12 页3 / 12 上常见的橡皮筋圈）并不适合用在本实验中。现在，市场上可找到的横断面为圆形、单根半径约为0.7mm的橡皮筋比较适合于本实验。选择橡皮筋时，应该让学生参与进来，这是提高学生分析解决实际问题能力的好机会。2）实验装置的安装如图所示，先固定好电火花计时器，将6根等长的、长度约为62cm的同规格的橡皮筋固定于斜轨道一端的钉子
10、上，使橡皮筋处于自然长度。实验中，橡皮筋的长度、电火花计时器与钉子间的距离要视橡皮筋的具体情况做适当的调整，保证在橡皮筋的弹性限度内，并且有适当的伸长量，方便提高测量的精确度。3）实验操作情况控制小车质量约 200g，当实验中加到多条橡皮筋时，由于小车的运动速度过大，纸带上打出的点数就可能太少，从而难以选择合适的点来计算小车的速度。为此，可在小车上加100g200g的砝码。这样，实验时可以依次加到6根橡皮筋，打出6条纸带，在用图象法进行数据处理时，包括开始点 速度为零的点，即坐标原点），就有7个点，在描绘曲线时也比较容易判断曲线的函数特征。4）组建自主探究小组，6人组成一个探究小组，组长分配分
11、工实验探究任务，指挥本组操作，各组员明确自己的职责，分工合作，协商解决出现的问题。【教案过程】。男同学把橡皮筋拉长点，同时松手把飞标弹射出去。其它同学注意观察，看到什么不同的现象？引导学生思考 : 同学们看到什么不同的现象？橡皮筋伸长,产生弹力 ,在形变恢复的过程中,对飞镖做了功。另一方面, 飞镖离开橡皮筋获得速度。请猜想: 飞镖离开橡皮筋的速度与哪些因素有关?(让学生根据已有的生活经验,小组讨论 ,尽量多地回答,如橡皮筋的拉长量、劲度系数、飞镖的质量、空气阻力 3.生活中的物理现象给了我们什么启示？展示生活现象中相关的图片：第1幅，弹弓弹射物体时把皮筋拉得长长的第2幅，骑车时运动员都拼命蹬车
12、，第三、四幅，运动员奋力把球打出去。同时引导学生思考得到什么启示？4.概括学生的回答,总结探究功与物体速度变化的定性关系。1）为对物体做功的同时使物体速度变化了2）做的功越多，速度变化越快。、小车、电火花打点计时器、纸带若干、橡皮筋若干多媒体投影在探究时我们要解决一些技巧性的预习思考题题：1.橡皮筋所做的功是不是我们所探究的问题中的哪个功呢？怎样消除摩擦力的影响？2.怎样测量不同橡皮筋对物体所做得功？怎样保证每条橡皮筋做功相同？3.小车如何运动？应该取纸带上哪些点的间距来计算小车的速度? 4根据测出的数据怎样建立图象？是否可以用W-S图像代替 W-V 图像？学生积极回答 ,老师肯定学生的正确之
13、处,科学地进行评价。三.分组实验，合作探究1、每 6人组成一个探究小组，组长分配分工实验探究任务，指挥本组操作，各组员明确自己的职责，分工合作，确定实验步骤，协商解决出现的问题。 2、老师指导操作. A器材安装： 计时器固定时，不能放偏，要考虑皮筋原长和伸长量因素3）橡皮筋长度要尽量保持一致4）如何平衡摩擦力？怎么知道已经平衡掉了? B.操作时：1）合作的组员可以把先处理打好的纸带，及时测量数据2）选哪些点来测量？要求点迹清析，同直线，间隔相等）3）可以取多点间距求平均值。4）读数时，应该读到哪一位？合理单位是什么？5）有几位有效数字？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳
14、总结 - - - - - - -第 4 页，共 12 页5 / 12 C.作图提示：1）合作的组员可以先在坐标纸上选适当的标度建坐标系。2）连线时，怎样拟分各位标点。3）作哪几个探究图象？3、教师活动：巡视、指导，解答学生提出的问题，处理即发事件。重点指导一两个组顺利完成实验，以便后面实验数据的处理。四学生展示探究成果，交流探究的问题和经验。1.各实验小组投影展示各组学生自行设计的实验数据表格，采集的数据，数据的处理结果，让学生评价各自的优点和缺点。交流探究过程中所的问题和经验。2.教师点评，总结课堂内容：刚才同学们动手操作，齐心协力地进行了一次科学的实验，经历了一次自主探究合作学习的过程，体
15、会了追求知识的快乐。从同学们的操作和展示成果和交流经验的情况来看，这是一次十分成功的探究。我们不仅发现了真理，得出了做功正比于速度平方的结论。这是一次十分成功的探究，可喜可贺。请把掌声献给自己！五课堂总结、点评1.教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。2.学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。培养学生概括总结能力。3.反思提高1）这节课我学到了哪些方法？2）这节课我还有哪些地方没有学会？3）这节课我还有什么困惑？4）这节课我是怎样自主学习的
16、？5）这节课我是怎样和小组成员交流、探究的？六探究测评一） .课题自评。1关于探究功与物体速度变化的关系的实验,下列叙述正确的是 A.木板只要稍微倾斜一下即可，没有什么严格要求B.木板的倾斜角度在理论上应满足以下条件，即重力使物体沿斜面下滑的分力应等于小车受到的阻力 C.如果小车在倾斜的木板上做匀速运动，则木板的倾斜程度是符合要求的 D.其实木板不倾斜，问题也不大，因为实验总是存在误差的3在探究功与物体速度变化关系的实验中,得到如图 5-12所示的纸带 ,造成纸带中的点的原因可能是( 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 12
17、 页6 / 12 A没有把木板垫高以平衡摩擦力. B橡皮筋力度不够. C把木板垫得太高. D上述三种情况都有可能4.在探究功与物体速度变化关系的实验中,得到如图 5-14所示四条纸带 ,应选用 ( . W/ 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 v/ 0.00 0.80 1.10 1.28 1.53 1.76 1.89 v2/0.00 0.64 1.21 1.64 2.34 3.10 3.57 2.现有下列器材：电火花打点计时器、重锤、纸带、铁架台、直尺、铅笔等.试设计一个实验，研究合外力的功与物体速度的关系.要求：1）构思实验方案；2）说明操作方法、测量方法和
18、测量数。3）说明探究功与速度关系的方法. 【板书设计】1.生活中物理现象的启示2.猜想和假设3.实验设计思路4.实验探究技巧5.合作探究6.探究结果和经验7.探究结论：做功正比于速度平方。【教案流程图】精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 12 页7 / 12 【课后体会】本案例是一个探究式学习的课堂教案设计,整个设计贯穿学生自主构建知识这一主线,抓住了探究式学习的本质和核心,充分调动了学生学习的主动性,通过本次探究式教案尝试,主要有以下两点体会: 1.教案前应激发学生的探究欲望,引发其认知冲突。2.活动中 ,应让学生体验科学
19、探究的过程,领悟科学研究的方法。【附件】教案资源一导学材料 -探究功与速度变化的关系一、学习目标1、会练习使用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。2、利用纸带打点计时器、橡皮筋、小车探究功与物体速度变化的关系。3 、学习利用物理图象探究功与物体速度变化的关系。4、通过探究出了做功与速度变化的关系，找出动能与速度的关系了。二、课前预习实验目的 - 实验方案 - 实验器材 - 实验步骤 - 三、学习过程一）问题的提出：力对静止物体做的功与速度变化究竟有怎样的定量关系? 二）、猜想与假定：W可能正比于 v、v2、v3 ？三）、探究思路: 问题一：外力如何对物体做功？如何计算做功？如何改变每次做功
20、的大小？如何测量对物体所做的功？问题二：怎样测出外力对物体做功前后物体的初末速度变化？如何测量物体的速度呢？生活中的实例引入探究的问题学生猜想实验设计方案和设计技巧教师提供仪器学生分组分工探究自我评价师生共同总结教师点评学生汇报探究结果交流探究经验反思提高精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 12 页8 / 12 问题三：用什么方法分析实验数据探究实验结果呢？四）、设计探究方案：用橡皮筋做功使小车获得速度1、设计中要解决的问题1）对小车做功的力有哪些力？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? 怎样消除摩擦力的
21、影响？2）探究过程中,我们是否需要测出橡皮筋做功的具体数值? 橡皮筋的弹力的功是不是就是我们所探究的问题中的哪个功呢？怎样测量不同橡皮筋对物体所做得功？每次实验中橡皮筋拉伸的长度有什么要求? 怎样保证每条橡皮筋做功相同？3）小车如何运动？纸带上的点距并不都是均匀的,应该采用那些点距来计算小车的速度?为什么 ? 4）根据测出的数据,怎样预测功与速度的关系？怎样建立图象研究功与速度的关系？5）建立 W-V 图像是否可以用W-S图像代替？问题的解决：1）功的确定：A、橡皮筋的弹力的功不便于用公式计算，然而改变橡皮筋的条数，保持小车相同的运动距离，则弹力做功的大小与橡皮筋的条数成_比。因为如果一条橡皮
22、筋对小车做功为W时，则两条橡皮筋对小车做的功就是2W ，三条橡皮筋对小车做功为3W，依次类推，各次实验中橡皮筋对小车的功可以用的倍数来表达。B、橡皮筋的选择：要选择粗细差不多，弹性也比较一致的橡皮筋。C、橡皮筋的弹力的功是我们所探究的问题中的哪个功吗？不是，因为实验中除了橡皮筋的弹力做功，还有_做功，若忽略其不计，将影响实验的精度。2）如何消除摩擦力的影响呢？使轨道倾斜一个合适的角度，让重力沿斜面向下的分力来平衡摩擦力。可以轻轻推一下小车，并利用打点计时器打出的纸带上的点的分布情况来判断小车是否作_运动。3）如何测定小车的速度？为探究橡皮筋弹力做功与小车速度的关系，需要测量的是_时候的速度，即
23、小车做_运动的速度。所以，应该在纸带上选择间距均匀点来测量小车做匀速运动的速度。即如图中A、 B、C间的距离 S，小车速度的表达式为v= _。. . . . . . . . . . . A B C 按图中所示将实验仪器安装好，把木板一端升高一点让其倾斜,给小车安放后平衡摩擦力(2先用一条橡皮筋拉小车，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，取下纸带，测出纸带上间隔均匀的间距S1，求出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为 W1，将这一组数据记入表格(3用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这时橡皮筋对小车做的功为W2，测出纸带上间隔均匀的间距S2，求出小
24、车获得的速度v2，将数据记入表格精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 12 页9 / 12 (4用3条、 4条 橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格2实验数据的分析与处理思考：1怎样进行实验数据的分析与处理？2要探究 W与V的哪几种可能关系？要怎样探究？流程如何？3哪种情况最能表明W和V的具体定量关系？作图注意的问题1）在坐标纸上建立什么样的物理量？如何确定适当的标度？如何把各个坐标点拟合成线？2）因为在 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，又要考虑这些点间应有的函数关系。而由于存在着实
25、验误差，这些点的位置既可能表现为直线分布，也可能呈曲线分布。3）如果实验得到的各点在W-v坐标系中大致呈直线性分布，又如何解释？如何处理？.学生分组，各组员明确职责；(二.各小组安设计方案进行实验操作；(三.合作的组员进行数据采集(四.合作的组员数据分析和处理(五.各小组展示坐标纸上的实验图像，交流实验成果：四、实验结论 :功与物体速度的 ）成 ）。五导学测评1.关于探究功与物体速度变化的关系的实验,下列叙述正确的是 A.木板只要稍微倾斜一下即可，没有什么严格要求B.木板的倾斜角度在理论上应满足以下条件，即重力使物体沿斜面下滑的分力应等于小车受到的阻力 C.如果小车在倾斜的木板上做匀速运动，则
26、木板的倾斜程度是符合要求的 D.其实木板不倾斜，问题也不大，因为实验总是存在误差的3在探究功与物体速度变化关系的实验中,得到如图 5-12所示的纸带 ,造成纸带中的点的原因可能是( A没有把木板垫高以平衡摩擦力. B橡皮筋力度不够. C把木板垫得太高. D上述三种情况都有可能4.在探究功与物体速度变化关系的实验中,得到如图 5-14所示四条纸带 ,应选用 ( 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 12 页10 / 12 六.课外作业1.某同学在探究功与物体速度变化的关系时得到了W与v的几组数据，请你对这些数据进行处理，并确定
27、W与v之间的关系 (W1 为物体速度由0.00变化到 0.80 m/s时所做的功 . W/ 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 v/ 0.00 0.80 1.10 1.28 1.53 1.76 1.89 v2/0.00 0.64 1.21 1.64 2.34 3.10 3.57 2.现有下列器材：电火花打点计时器、重锤、纸带、铁架台、直尺、铅笔等.试设计一个实验，研究合外力的功与物体速度的关系.要求： 1）构思实验方案；2）说明操作方法、测量方法和测量数。 小车匀速时T时间内的速度V (位移S平方小车匀速时T时间内的速度V(位移 S立方.1 1W 2 2W 3 3W 4 4W 5 5W 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 12 页12 / 12 三、数据分析和处理四. 实验结论 : 做功与物体速度的 ）成 ）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 12 页
