探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系

1、探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系教學(xué)設(shè)計陳仕寬佛山市順德區(qū)羅定邦中學(xué)【設(shè)計思想】1、圍繞實驗設(shè)計、實驗操作與實驗數(shù)據(jù)處理三個環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生展開探究過程。通過小組討論、課件演示、動手實驗和實驗數(shù)據(jù)處理等一系列活動激發(fā)學(xué)生主動參與的積極性和和學(xué)習(xí)的熱情。教師根據(jù)知識發(fā)生、發(fā)展與變化的過程通過穿針引線的方式積極引導(dǎo)學(xué)生進行探索性學(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。2、采用“問題討論實驗歸納”的探究性教學(xué)模式，使學(xué)生在獲得知識的同時，學(xué)會科學(xué)研究的方法，經(jīng)歷伴隨著探究活動的深入而產(chǎn)生的情感體驗?！窘滩姆治觥?探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系屬于廣東版高中物理（必修2）第四章第

2、三節(jié)內(nèi)容。教材要求在本節(jié)中 (1) 要突出實驗探究，使學(xué)生經(jīng)歷和體驗科學(xué)探究的方法；（2）重視學(xué)生的自主學(xué)習(xí)；（3）重視對學(xué)生的理性思維的訓(xùn)練。根據(jù)課標(biāo)要求本節(jié)教材創(chuàng)造性地采用了實驗探究的方法定量地研究外力對物體做功與物體動能的變化關(guān)系，然后從理論上進行推導(dǎo)，最后歸納得出結(jié)論。動能定理是力學(xué)中最重要的規(guī)律之一，它的應(yīng)用貫穿于以后的許多章節(jié)，通過實驗探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系，是對動能定理的初步研究，是學(xué)習(xí)整章內(nèi)容的重要的前期準(zhǔn)備，這部分知識的學(xué)習(xí)讓學(xué)生從一個新的角度思考問題，即，學(xué)生第一次定量的研究能量通過做功轉(zhuǎn)化成其它能量的數(shù)學(xué)描述，開始培養(yǎng)學(xué)生從功和能相互聯(lián)系的角度定量分析解決力學(xué)問

3、題；第一次將運動、力、功以及能量聯(lián)系在一起，為培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題打下基礎(chǔ)。本節(jié)內(nèi)容豐富，有很強的物理實驗學(xué)科特性。 【學(xué)情分析】學(xué)生在本章的前2節(jié)內(nèi)容中，已經(jīng)初步樹立了功是能量變化的量度的觀念。那么，力對物體所做的功與物體動能的改變量間存在著什么關(guān)系呢？這是學(xué)生急待解決的問題。因為我們在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時學(xué)生已經(jīng)具有一定的實驗?zāi)芰Α，F(xiàn)在，用這套選擇這套裝置來探究外力做功與物體動能變化間的關(guān)系，不僅考慮到這樣處理容易使學(xué)生產(chǎn)生新鮮感，進而產(chǎn)生探究的興趣，也考慮到學(xué)校實驗室的實際情況和學(xué)生的認(rèn)知特點，開闊學(xué)生的視野，提高科學(xué)素養(yǎng)等方面都會產(chǎn)生積極的影響?！窘虒W(xué)目標(biāo)】：1、知識與技能

4、（1） 知道外力對物體做功可以改變物體的動能。（2） 理解動能定理，知道動能定理的使用條件，會用動能定理進行計算。（3） 能設(shè)計并會利用實驗進行探究物理規(guī)律。（4） 能用學(xué)過的知識進行理論推導(dǎo)。（5） 會用動能定理解決力學(xué)問題，知道規(guī)范解題的一般步驟。2、過程與方法（1） 經(jīng)歷探究的主要環(huán)節(jié)，通過實驗設(shè)計、觀察實驗現(xiàn)象、記錄和處理實驗數(shù)據(jù)，通過分析、比較、歸納得出實驗結(jié)果，通過理論分析、推導(dǎo)與論證，得到外力做功與物體動能變化的關(guān)系，體會科學(xué)探究的方法。（2） 通過理論分析與論證的過程，使學(xué)生受到理性思維的訓(xùn)練。（3） 通過理論應(yīng)用使學(xué)生靈活遷移所學(xué)知識解決實際問題。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）

5、 通過實驗與探究，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識和動手實踐能力。（2） 經(jīng)歷討論與交流，培養(yǎng)學(xué)生的語言表述能力和團結(jié)合作的學(xué)習(xí)精神。（3） 通過理論應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生對知識的遷移和應(yīng)用能力?！窘虒W(xué)重點】：實驗方案的設(shè)計與篩選?！窘虒W(xué)難點】：通過對實驗數(shù)據(jù)的分析得出功與物體動能變化的關(guān)系?！窘虒W(xué)資源】：多媒體錄像片段、PowerPoint課件，分組用實驗器材有電火花打點計時器、重錘、紙帶、刻度尺等?！窘虒W(xué)手段】：分組實驗。【教學(xué)流程圖】：學(xué)生學(xué)生學(xué)生教師教師學(xué)生預(yù)習(xí)提綱提出問題錄象片段演示實驗引入課題討論、設(shè)計、操作實驗提出問題測量和記錄實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)總結(jié)實驗結(jié)論教師設(shè)計預(yù)習(xí)提綱學(xué)生板書解答問題教師結(jié)論推

6、廣學(xué)生教師學(xué)生學(xué)生作出猜想教師學(xué)生課外作業(yè)學(xué)生理論分析與論證結(jié)論【教學(xué)過程】：一、預(yù)習(xí)提綱：知識點復(fù)習(xí)：1、復(fù)習(xí)：勻變速直線運動的實驗和自由落體運動實驗，以及實驗紙帶打點器打的點的速度計算方法。2、復(fù)習(xí)：第一節(jié) 功，第二節(jié) 動能 ，熟悉外力做功的計算和物體動能的計算方法。問題設(shè)置：1、自由落體運動物體的動能如何變化？其原因是什么？2、自由落體運動的物體，重力所做的功與其動能的變化量有何關(guān)系？3、你能否利用下面提供的器材設(shè)計一個實驗來探究一下重力所做的功與動能的變化量的關(guān)系？提供的器材有：電火花式打點計時器、紙帶、重錘、刻度尺。4、如何設(shè)計實驗？為什么這樣設(shè)計？5、需要測量和記錄哪些數(shù)據(jù)？請設(shè)計

7、一個記錄實驗數(shù)據(jù)的表格。6、如何利用實驗數(shù)據(jù)計算重力所做的功和動能的變化量？7、如何正確處理實驗數(shù)據(jù)？請設(shè)計一個數(shù)據(jù)處理結(jié)果的表格。8、請發(fā)揮你的想象猜測一下實驗的結(jié)果是什么？二、課堂教學(xué)：【教師】：播放視頻1：自然界中能引起強烈震撼的體現(xiàn)動能能量的多媒體視頻音像小片段（如龍卷風(fēng)、雪崩、熱帶風(fēng)暴等，這些資料可上網(wǎng)查找下載，也可由電視節(jié)目中錄像得到）播放視頻2：足球世界杯賽中，足球運動員射門的情景。播放視頻3：奧運會射箭比賽中，拉開的弓把箭射出的情景。提出問題：足球射門中，運動員射箭時，足球與箭的都獲得了動能。據(jù)測算，足球射門時，其速度最大可達到100m/s左右，這些動能是從哪里來的？（說明：先

8、讓學(xué)生回答后，教師進行適當(dāng)?shù)攸c撥指導(dǎo)。）自由落體運動演示實驗。指導(dǎo)學(xué)生關(guān)注觀察對象，要求學(xué)生定性分析出合外力對物體做功，物體動能發(fā)生怎樣的變化？【教師】：外力的功會引起物體動能的變化。功與物體動能的變化量間又存在著什么關(guān)系呢？【學(xué)生】【教師】:我們知道，物體的動能與它的速度是密切相關(guān)的，而物體速度的變化又與它所受力做的功有關(guān)。那么外力做的功與物體動能的變化間又存在著怎樣的關(guān)系呢？【學(xué)生】【教師】：探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系時可以采用什么方法？（說明：教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到要探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系，既可以從理論的層面進行邏輯推導(dǎo)的方法進行研究，也可以通過實驗的方法進行探究。今天，我們

9、通過實驗的方法來探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系。）【教師】：我們應(yīng)該采用什么實驗方案進行探究呢？請同學(xué)們先設(shè)計一個合適的實驗方案?！緦W(xué)生】：幾人一小組進行討論交流初步提出一些實驗方案?！窘處煛浚和瑢W(xué)們提出了許多實驗方案，我們應(yīng)選用什么方案比較好呢？請同學(xué)們認(rèn)真考慮一下，利用實驗探究外力功與物體速度動能變化的關(guān)系時需要測量哪些物理量？ 【學(xué)生】：測量力對物體所做的功及力對做了這個功后物體運動的速度?！窘處煛浚涸趯嶒炋骄恐袘?yīng)如何對物體做功？又應(yīng)該怎么表示每次做功的大小呢？【學(xué)生】：分組討論：（引導(dǎo)學(xué)生在討論中明確）既可以考慮用恒力做功，也可以用變力做功。若用恒力做功，W=FS表示功的大小，并引導(dǎo)

10、學(xué)生思考怎樣在實驗中具體地測出功。速度的測量可以用打點計時器對紙帶處理計算得出。【教師】：在設(shè)計實驗方案時，要根據(jù)實驗?zāi)康呐c現(xiàn)有的實驗條件進行選擇，當(dāng)利弊共存時，要辯證地選擇合適的方案，而不是一味地追求所謂的精確。教師總結(jié)學(xué)生設(shè)計的實驗方案，引導(dǎo)和提示學(xué)生，為了研究方便，可以自由落體運動中的重力做功為例，研究重力所做的功與物體動能改變量之間的定量關(guān)系。【實驗探究】：重力對物體所做的功與物體動能的變化關(guān)系1、提供的實驗器材有：電火花式打點計時器、紙帶、重錘、刻度尺。2、請同學(xué)們根據(jù)已有的知識，結(jié)合提供的實驗器材，在小組討論的基礎(chǔ)上，寫出你們的實驗方案。討論時請圍繞下列問題進行：（1）如何設(shè)計實驗

11、方案。（最后抽一個組學(xué)生上臺演示其實驗操作過程）【師生探討】將打點計時器側(cè)放于桌面上，使限位孔伸出桌面外，將夾有重錘的紙帶從下向上穿過限位孔，用一手壓住打點計時器，另一手提住紙帶的上端，使紙帶豎直，重錘緊靠在下邊的限位孔處，先開啟電源使打點計時器工作，然后放手使紙帶在重錘的帶動下自由下落，結(jié)果打點計時器在紙帶上打下一系列點，利用打了點的紙帶來計算重力所做的功與動能變化量的定量關(guān)系。（2）如何計算重力所做的功和動能的變化量。【師生探討】：在打點好的紙帶上取兩個合適的點（如下圖中紙帶上的B點和E點），用刻度尺測出這兩點間的距離，根據(jù)功的定義可知：，采用求平均速度的方法求出打點計時器打B、E兩點時，

12、重錘的速度vB和vE， 再根據(jù)動能的計算式計算打B、E兩點時的動能及其動能的差值。ABCDEFSBESACSDF（3）需要測量和記錄哪些實驗數(shù)據(jù)：（實驗后由學(xué)生用表格方式板書出來）（4）如何設(shè)計記錄數(shù)據(jù)的表格：（學(xué)生板書并填入實驗記錄的數(shù)據(jù)）SBE SACSDFtACtDF3、操作實驗，測量和記錄實驗數(shù)據(jù)。4、數(shù)據(jù)處理表格：（學(xué)生板書并填入數(shù)據(jù)處理結(jié)果）5、處理實驗數(shù)據(jù)，比較得出實驗結(jié)論：重力做功與物體動能變化關(guān)系【學(xué)生】：通過數(shù)據(jù)處理可知：重力所做的功與物體動能的改變量在誤差允許的范圍內(nèi)是相等的?！窘處煛浚含F(xiàn)在我們用重力做功得出重力所做的功與物體動能的改變量在誤差允許的范圍內(nèi)是相等的。我們能

13、不能用牛頓第二定律來推導(dǎo)一下看其它力對物體做功這個結(jié)論是否成立。教師用幻燈片，顯示用牛頓第二定律來推導(dǎo)動能定理的一些條件，抽學(xué)生代表上黑板推導(dǎo)?！緦W(xué)生】：外力對物體做的功等于物體動能的變化?！窘處煛拷Y(jié)論的推廣：合外力對物體所做的功等于物體動能的增量。即：說明：上面的表達式是物理學(xué)中一個非常重要的定理動能定理?！窘虒W(xué)反思】粵教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理必修中引入“探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系”內(nèi)容的目的在于給學(xué)生增加探究體驗的機會，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的水平。但對教師來說，這是一節(jié)非常難以駕馭的內(nèi)容，無論是教學(xué)設(shè)計，還是實驗準(zhǔn)備，都有相當(dāng)?shù)碾y度。盡管探究的目的非常明確，無非是為了得出功

14、與物體動能變化的關(guān)系，明確探究實驗的設(shè)計思路以及實驗數(shù)據(jù)的記錄與處理。但為什么要設(shè)計一個這樣的實驗？通過探究活動，學(xué)生在思維的發(fā)散與聚合的層次上、在分析考慮問題的能力上、在對已有知識進行分析與綜合的水平上，將經(jīng)歷一些怎樣的情感體驗？會有一些什么收獲？能夠達到什么層次？所有的這些，都是教師在教學(xué)設(shè)計中應(yīng)該認(rèn)真考慮并進行積極突破的問題，也是非常棘手的問題。這節(jié)課，教師深感難以駕馭的就是如何引導(dǎo)學(xué)生進行積極的思考，使學(xué)生既能發(fā)揮好創(chuàng)造性思維，也能夠圍繞本節(jié)的重點把探究過程深入下去，并讓學(xué)生在親身經(jīng)歷實驗探究的過程中獲得情感的體驗，產(chǎn)生能力層次的遞進。這樣的教學(xué)，才與新課改所倡導(dǎo)的探究發(fā)現(xiàn)、合作學(xué)習(xí)的

15、理念相和諧，也跟高中生的心理特點和認(rèn)知水平相吻合。但要真正達到探究的目的，關(guān)鍵還在于要確保實驗的成功。這就需要教師積極開動腦筋，在刻意進行實驗開發(fā)的基礎(chǔ)上，積極引導(dǎo)學(xué)生圍繞探究的目標(biāo)，抓住探究過程中所要測定的物理量為中心，通過對實驗方案的設(shè)計與選擇、實驗儀器的組裝、實驗數(shù)據(jù)的記錄與分析的過程中，努力把學(xué)生的注意力吸引到分析解決問題上來，通過連續(xù)不斷地向?qū)W生拋出一些逐層遞進的問題，讓學(xué)生在經(jīng)歷思考與討論的過程中，在實驗操作中獲得真切的體驗與感受。本教學(xué)設(shè)計采用“問題討論實驗歸納”的探究性教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生圍繞本節(jié)課的重點內(nèi)容通過“提出課題實驗設(shè)計分組實驗數(shù)據(jù)處理得出結(jié)論”的方式逐漸逼近問題的核心，最終求得了問題解決的方法，符合新課改倡導(dǎo)的“重視對學(xué)生進行自主、