1、7.6实验：探究功与速度变化的关系一、教材分析与学情分析（1）教材分析本节是人教版物理必修2第七章第六节的内容，通过前面几节内容的学习，学生已经建立了重力势能、弹性势能的概念，知道了重力做功、弹力做功与重力势能、弹性势能之间的关系。本节内容是前面两节内容的继续，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给学生增加实验探究与体验的机会，培养学生实验探究的能力，提高学生理论联系实际的水平。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
2、）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体系。通过这两节课的学习，有利于培养和发展学生的课题意识和实验探究能力。本节我准备用两课时完成，第一课时，通过互动探究，结合适当演示的方式解决实验的设计思路问题，探讨操作技巧问题和数据处理问题，使学生对探究过程有一个初步的认识。第二课时，以学生的实际操作为主，学生分组进行实验，教师巡回指导，对实验中出现的各种问题进行总结并通过讨论予以解决，得出结论。（2）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，如物理必修一中的“探究小车速度
3、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，学生已经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理的能力。尤其是纸带的处理已接触多次，平衡摩擦力的必要性及基本方法学生也已了解，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，教学中应注意合理的启发。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，应通过对话启发学生理解感悟将做功增倍代替求具体功数值的巧妙之处。二、教学目标（1）知识与能力：能够领会探究功与物体
4、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。（2）过程与方法：能独立进行实验操作，会采集实验数据。能够对实验数据进行分析与处理中寻找与的关系。（3）情感态度与价值观：让学生经历自主探究、合作学习的情感体验。三、重点难点本节教学内容的重点是实验方案的设计，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。四、方法设计为了突出教学重点，突破难点，体现新课标“以人为本，主动发展”的教学理念，突出学习的“再创造”，构建学生主动的学习活动过程，在教学策略上我采用：创设问题情境学生自主探究辨析与研讨反思与评价组成的“四环节
5、”探究式教学策略。同时，根据教学实际情况将有意义的接受式学习与“四环节”探究式教学相结合，体现教学方法的灵活性和针对性。同时利用多媒体辅助教学，用Excel处理实验数据。五、内容设计（一）实验介绍1.实验目的：本实验的实验目的是探究功与速度的变化关系。我们知道，功是力在空间上的积累效应，是一个过程量，而速度是一个状态量，速度变化才是过程量，所以我们必须向学生交代清楚这一点，并指明当我们研究力对原来静止的物体做功时，速度变化的大小与物体获得的速度在数值上是相同的。于是我们的实验目的为探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系。2. 实验器材：我们所需要的实验器材有：长木板、橡皮筋、小车、
6、砝码、交流电源、电火花或电磁打点计时器、纸带、刻度尺、坐标纸。3. 实验原理：由于我们要探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，所以我们要想办法来测量出功与速度的数值，进而研究它们之间的关系。通过上一节弹簧变力功的学习我们知道，当橡皮筋伸长量按倍数增加时，功并不简单地按倍数增加，变力功一时无法确切测算。因此我们要设法回避求变力做功的具体数值，逐步引导学生得出用一根橡皮筋做功记为W，用两根橡皮筋做功记为2W，用三根橡皮筋做功记为3W。从而回避了直接求功的这种方法。在引导过程中，我将通过让学生思考讨论的方式寻求出这种方法，并说出这种方法的巧妙之处及不选其他方法的理由。而不是直接把思路展
7、示给学生，让学生体验思维的乐趣。小车在橡皮筋的弹射下，先做加速度减小的加速运动，后做匀速运动，选哪些点来研究呢？理论上讲选加速阶段或匀速阶段的点都是可以的，选加速阶段的点时，只要我们每次都从距第一个点距离相同的位置处取点计算其瞬时速度即可，但相比取匀速阶段的点来说，后者只需用任意一段位移与发生这段位移所用时间相比即可求出弹力做功使小车获得的速度，更方便。所以我们取匀速阶段的点来求速度。（二）实验方案的完善1.导轨代替长木板为保证小车沿直线运动，可以选用气垫导轨代替长木板。气垫导轨仅在实验室有，因此用它来做演示实验。做演示实验时，小车拉到轨道一端，用一根橡皮筋弹射小车，提出问题：“怎样可使小车获
8、得更大的速度”？学生思考并交流讨论后可能会回答出：把橡皮筋拉得更长，换用劲度系数更大的橡皮筋，增加橡皮筋条数等方案。于是定性演示学生提出的三种不同方法，验证学生的想法。通过定性分析和演示，使学生对研究的问题有一个初步的感性认识，降低思维的台阶，尤其是“增加橡皮筋条数”的方法为后面变力功测量的难点破解打下感性基础。在学生实验中，采用长木板，由于长木板有明显的摩擦阻力，于是让学生思考，提出方案。提高学生分析解决实际问题能力。（用手按住，且保证皮筋有效长度相等）2.关于橡皮筋的选用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粗细不一，一致性差，不同橡皮
9、筋之间的弹力差异也比较大。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，市场上常见的橡皮筋并不适合用在本实验中。可找到横断面为圆形、单根半径约为0.7的橡皮筋比较适合于本实验。选择橡皮筋时，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。3. 关于平衡摩擦力小车运动过程中不可避免会受到阻力，这样在小车运动过程中不仅有橡皮筋的弹力做功，还有摩擦阻力做功，如果不平衡摩擦力，当橡皮筋逐根增加时，合力做功并不成倍增加，为此我们必须平衡摩擦力使橡皮筋做的功就是合力做的功。因此，从这个角度看，平
10、衡摩擦力是必要的，而且是必须的。将导轨安装有打点计时器的一端适当垫高，调整高度，直到轻推小车后使小车恰能在导轨上做匀速直线运动为止。看小车是否做匀速直线运动，可通过纸带上打出的点是否均匀来判断。引导学生分析平衡摩擦力的必要性及方法。（三）采集数据，生成结论怎样判断功与速度变化的关系呢？由于前面我们学习“探究加速度与力、质量的关系”时接触过类似问题，学生很容易能想到作图线的方法。如果图像是一条直线那么它们就成正比关系，如果不是又怎样呢？学生思考交流后会答出可以分别作出W-,W-，W-，W-等关系曲线，从中寻求答案。这样，引导学生设计出表格。从纸带上计算小车的速度的方法，大家都已学过，很容易计算出，至于，及，笔算已不太可能，采用让学生用计算器计算的方法求出结果，然后在坐标纸上描点连线，分别作出的关系曲线。由于要做的图较多，学生可以分工合作，每人做其中一个或两个，这样可以增强学生的合作意识，让学生亲身体验作图过程，对得出的结论有更深刻的印象。关于数据处理，可以用教学时使用多媒体，还可以组织学生去计算机室，指导学生利用Excel描点拟合图线，让学生亲身体验现代技术的便捷。六、教学反思、自我评价。