蘇建東

摘要:本文以教學(xué)設(shè)計(jì)的形式對(duì)高中新課程物理《探究功與物體速度變化的關(guān)系》一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)過程進(jìn)行了闡述與分析,并根據(jù)教學(xué)過程作者提出了自己的體會(huì)與反思。

關(guān)鍵詞:功;速度;變化關(guān)系;教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-6148(2009)11(S)-0016-3

1 教學(xué)情況分析

1.1 教材內(nèi)容分析

本節(jié)內(nèi)容將運(yùn)動(dòng)和功聯(lián)系在一起,為下一節(jié)動(dòng)能和動(dòng)能定理的理論探究做準(zhǔn)備,為培養(yǎng)學(xué)生從功和能相互聯(lián)系的角度定量分析與解決問題打下基礎(chǔ)。因此,這節(jié)課是本單元較重要的內(nèi)容。

1.2 學(xué)生現(xiàn)狀分析

學(xué)生經(jīng)過前期科學(xué)探究的訓(xùn)練,初步具備了科學(xué)探究的能力。這節(jié)課學(xué)生探究變力對(duì)物體做功和物體的速度發(fā)生變化的定量關(guān)系。這里既要讓學(xué)生知道如何測(cè)量變力做功,又要讓學(xué)生知道如何測(cè)定速度。因此本節(jié)課的內(nèi)容要求學(xué)生學(xué)會(huì)通過知識(shí)的遷移來解決問題,是對(duì)學(xué)生探究能力的考查和提升。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)與技能

(1)掌握用倍數(shù)關(guān)系測(cè)變力做功的方法。

(2)理解測(cè)量物體速度的方法。

(3)掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的技能。

(4)知道w與v的定量關(guān)系。

2.2 過程與方法

(1)掌握運(yùn)用圖象法尋找物理規(guī)律。

(2)領(lǐng)會(huì)探究的過程和探究的方法。

2.3 情感態(tài)度和價(jià)值觀

(1)體驗(yàn)科學(xué)探究的過程,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

(2)培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

(3)培養(yǎng)學(xué)生合作交流的團(tuán)隊(duì)精神。

3 教學(xué)重點(diǎn)

(1)通過問題鏈啟動(dòng)學(xué)生的思維,引領(lǐng)學(xué)生科學(xué)探究。

(2)學(xué)生設(shè)計(jì)出不同的實(shí)驗(yàn)方案,根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案經(jīng)歷科學(xué)探究的過程。

(3)學(xué)生在探究過程中利用圖象法處理數(shù)據(jù)并獲取物理規(guī)律的方法。

4 教學(xué)難點(diǎn)

(1)變力做功下變力功的測(cè)量方法。

(2)實(shí)驗(yàn)探究方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、根據(jù)數(shù)據(jù)找出物理規(guī)律的方法。

5 資源運(yùn)用

多媒體課件、電子白板、重物、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、刻度尺、紙帶、長木板(帶墊木)、小車、橡皮筋、氣墊導(dǎo)軌、光電門、數(shù)字計(jì)數(shù)器、筆記本電腦等。

6 教學(xué)思路

科學(xué)探究的一般程序是“提出課題→猜想假設(shè)→實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)→分組實(shí)驗(yàn)→數(shù)據(jù)處理→得出結(jié)論”。在課堂教學(xué)中為了避免科學(xué)探究流于形式,在教學(xué)設(shè)計(jì)中,通過問題鏈引領(lǐng)學(xué)生探究,這樣既能夠積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維又能夠讓學(xué)生圍繞核心問題把探究活動(dòng)深入下去。

7 教學(xué)過程

7.1 問題的提出

師:請(qǐng)同學(xué)們觀察下面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。

教師做兩個(gè)小實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)(1):把相同的物體從不同高度處下落兩次,落到同一高度處。

實(shí)驗(yàn)(2):用橡皮筋在不同的形變量下拉小車后放手,小車彈出去。

師:根據(jù)以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn),同學(xué)們從功的角度能發(fā)現(xiàn)什么問題?

生:我想提的問題是功和物體的速度有怎樣的關(guān)系?

師:請(qǐng)同學(xué)們先根據(jù)自己的認(rèn)識(shí)提出對(duì)這個(gè)問題的猜想。

生:實(shí)驗(yàn)(1)中力對(duì)物體做的功和物體獲得的速度的平方成正比。

師:你是如何知道這個(gè)答案的?

學(xué)生利用白板的書寫功能展示恒力功和物體獲得速度的關(guān)系。

生:我是根據(jù)作自由落體運(yùn)動(dòng)的物體,初速度為零。重力是恒力,重力的功和物體的位移成正比,而根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)速度的平方與物體的位移成正比。

W_G=mgh W_G∝h

V²=2gh V²∝h W_G∝V²

所以我認(rèn)為恒力做功與速度的平方可能成正比。

但是實(shí)驗(yàn)(2)中橡皮筋的功是變力功,我不能確定它們的定量關(guān)系。

7.2 猜想與假設(shè)

多媒體課件在電子白板上展示課題:探究做功與速度變化的關(guān)系。

師:請(qǐng)同學(xué)們猜測(cè)變力功和物體獲得速度的關(guān)系。

生:我猜測(cè)變力對(duì)物體做的功和物體獲得的速度的平方也成正比。

師:下面我們就來探究初速為零的情況下橡皮筋對(duì)物體做功和物體獲得的速度的定量關(guān)系。

7.3 問題的引領(lǐng)

多媒體課件展示要探索的問題,利用白板的遮擋功能問題逐個(gè)顯示。

師:橡皮筋對(duì)小車在哪個(gè)階段做功?

生:只有橡皮筋有形變時(shí),對(duì)小車有拉力時(shí)才會(huì)對(duì)小車做功。

師:我們能否測(cè)出橡皮筋做功的具體數(shù)值?

生:不能直接測(cè)量變力的功。

師:那我們?nèi)绾螌?duì)橡皮筋做的功進(jìn)行測(cè)量?

生:我覺得可以讓物體在相同的位移下,改變力的倍數(shù)關(guān)系從而得到功的倍數(shù)關(guān)系。我們可以用幾根相同的橡皮筋,第一次用一根橡皮筋去拉小車,第二次用兩根橡皮筋去拉小車……只要每次拉橡皮筋的起點(diǎn)相同,每次橡皮筋的形變量相同,則橡皮筋對(duì)小車做功和橡皮筋的根數(shù)成正比。這樣就可以用橡皮筋的根數(shù)來表示橡皮筋做功的倍數(shù)關(guān)系,如果一根橡皮筋對(duì)小車做功為W,那么兩根做功就是2W,三根就是3W………。

師:同學(xué)們用了一個(gè)非常巧妙的方法,解決了變力做功不能測(cè)量的問題。那么小車在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)橡皮筋對(duì)小車施加的力是小車所受的合外力嗎?

生:不是,小車在水平軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)不僅會(huì)受到橡皮筋對(duì)小車的拉力,還受到軌道對(duì)小車的摩擦力。

師:我們實(shí)驗(yàn)的目的是探究橡皮筋對(duì)小車做功與小車速度變化的關(guān)系。那么我們?nèi)绾稳テ胶廛壍缹?duì)小車的摩擦力?回顧以前我們做過的實(shí)驗(yàn)看看有沒有可以借鑒的地方。

生:將軌道末端墊高,用重力的下滑分力平衡摩擦力。

師:小車在平衡摩擦力后在木板上做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)?

生:先加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原長時(shí)拉力消失,以后小車將做勻速運(yùn)動(dòng)。

師:小車的速度如何測(cè)量?

生:我們可以用光電門測(cè)出物體的速度或者用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)量出物體的速度。

師:用紙帶法測(cè)紙帶上的點(diǎn),間距并不都是均勻的,應(yīng)該采用什么樣的點(diǎn)來計(jì)算小車速度,為什么?

生:我們可以選擇點(diǎn)距均勻的點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集計(jì)算小車的速度。

7.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

師:請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)實(shí)驗(yàn)桌上的器材,確定實(shí)驗(yàn)方案,設(shè)計(jì)待測(cè)數(shù)據(jù)表格,并說明用何種方法處理數(shù)據(jù)。

生:小組內(nèi)討論,確定實(shí)驗(yàn)方案,并設(shè)計(jì)待測(cè)數(shù)據(jù)的表格。

師:交流同學(xué)們的設(shè)計(jì)方案。

生:學(xué)生交流設(shè)計(jì)方案。

師:根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案,給予評(píng)價(jià)。

7.5 實(shí)驗(yàn)探究

學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)桌上提供的實(shí)驗(yàn)器材,自由選擇實(shí)驗(yàn)器材。

生:三人一組,分工合作,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

師:在實(shí)驗(yàn)過程中,教師巡視指導(dǎo),個(gè)別指導(dǎo)。

師:教師根據(jù)學(xué)生的探究進(jìn)程,點(diǎn)撥學(xué)生。

生:繼續(xù)深入地思考,生成新的問題、引發(fā)新的猜想,并深入地探究新的問題。

7.6 數(shù)據(jù)處理

學(xué)生利用筆記本電腦處理數(shù)據(jù)。

生:利用圖像法和EXCEL軟件處理數(shù)據(jù),分析圖像討論W-V、W-V²、W-V³的關(guān)系,從圖像上得出功和速度的關(guān)系。

7.7 交流與評(píng)價(jià)

學(xué)生利用投影公布數(shù)據(jù)和結(jié)果,交流感想。

師:通過同學(xué)們的探究,現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們交流探究過程和探究的結(jié)果。

生:我們使用橡皮筋、氣墊導(dǎo)軌和光電門探究變力做功和速度變化的關(guān)系。數(shù)據(jù)的處理使用EXCEL軟件,圖像上顯示功和物體獲得的速度的平方成正比關(guān)系。這和我們猜想的結(jié)果相同。

同時(shí)我們?cè)谔骄康倪^程中思考了另外的一個(gè)問題。若物體的初速度不為零,我們猜測(cè)橡皮筋做的功和速度的平方差成正比。我們利用氣墊導(dǎo)軌和兩個(gè)光電門來驗(yàn)證我們的猜想。

師:請(qǐng)你們具體的談一下驗(yàn)證新猜想時(shí)你們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

生:我們?cè)谙鹌そ钌扉L的狀態(tài)下,取兩個(gè)位置分別放上兩個(gè)光電門,只要橡皮筋每次的起點(diǎn)相同,在兩個(gè)位置間橡皮筋做的功和橡皮筋的根數(shù)同樣成正比,我們只要測(cè)出兩個(gè)位置的速度就可以分析功和速度平方差間的關(guān)系了。

師:這一組同學(xué)做得非常好,得到功和速度的平方成正比后,還進(jìn)一步探究了初速度不為零的情況下橡皮筋的功和速度的平方的差成正比。其它組的同學(xué)也來交流一下。

生:我們是用橡皮筋和木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究變力做功和速度變化的關(guān)系,我們的數(shù)據(jù)是用計(jì)算機(jī)軟件來處理的,圖像顯示功和物體獲得的速度的平方成正比,我們得到的結(jié)果是變力做功和物體獲得的速度平方成正比。

同時(shí),我們?cè)谔骄窟^程中也想到如果初速度不為零,橡皮筋的功和速度變化的關(guān)系。我們?cè)诶碚撋侠^續(xù)分析了初速度不為零的情況下恒力做功和速度變化的關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn)恒力的功和速度的平方的變化成正比。因此,我們猜測(cè)變力可能也是這個(gè)結(jié)果,結(jié)果是否這樣我們還需要繼續(xù)探究。

師:請(qǐng)你們把恒力做功下的理論探究的過程寫出來。

生:學(xué)生上黑板推導(dǎo)。

W=mgh,W∝h

v22-v12=2gh,

W=mgh,

h∝v22-v12

W∝(v22-v12)

師:這組同學(xué)探究出功和速度成正比關(guān)系后,又有了新的發(fā)現(xiàn),并從理論上探究了初速度不為零的條件下功和速度的平方的差值成正比。請(qǐng)其他的小組交流。

生:我們也是用橡皮筋、木板和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究變力做功和速度變化的關(guān)系。我們的數(shù)據(jù)是用計(jì)算機(jī)軟件來處理的,圖像顯示功和物體獲得的速度的平方成正比,我們得到的結(jié)果是變力做功和物體獲得的速度平方成正比。

我們小組又考慮了功和速度平方的等式是怎樣的?我們猜測(cè)和m有關(guān),因此我們先用重物和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做實(shí)驗(yàn)探究,結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)物體做自由落體時(shí)恒力的功和12mv2的數(shù)值相等。我們猜測(cè)初速為零的情況下變力做功也和恒力做功有同樣的關(guān)系式,這一點(diǎn)我們還需要進(jìn)一步的探究。

師:這組的同學(xué)做得非常好,不但探究了功和速度的平方成正比,而且還找出了初速為零時(shí)恒力做功和速度平方的定量關(guān)系式。同時(shí)還對(duì)初速為零時(shí)變力做功和速度的平方的關(guān)系式作了猜測(cè)。

我們順著這條思路,可以繼續(xù)大膽的猜想,如果是變力做功,變力做功和速度變化的關(guān)系的定量等式是怎樣的呢?

生:我們猜測(cè)是W=12mv22-12mv12。

師:你們的猜測(cè)有一定的依據(jù),結(jié)果是否是這樣,我們還需繼續(xù)探究。請(qǐng)同學(xué)們?cè)谡n后從理論上進(jìn)一步探究或者設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)上作進(jìn)一步的探究,這個(gè)問題的探究就作為我們今天的課后作業(yè)。

7.8 總結(jié)和歸納

利用電子白板的書寫功能總結(jié)本課內(nèi)容。

師總結(jié):探究課的流程、所用的方法、探究的結(jié)果、新的猜想。

8 教學(xué)反思

這是一節(jié)較典型的科學(xué)探究課,這節(jié)課以實(shí)驗(yàn)探究為主,同時(shí)穿插了理論探究。理論探究和實(shí)驗(yàn)探究相互滲透有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究的能力。在探究過程中,為了能使探究順利進(jìn)行,可以通過問題鏈引領(lǐng)學(xué)生解決探究過程中遇到的問題。

在探究過程中學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)新的問題,并根據(jù)新的問題提出新的猜想,此時(shí)我們應(yīng)該鼓勵(lì)、引導(dǎo)他們,讓他們的探究活動(dòng)繼續(xù)下去。讓學(xué)生充分理解探究的過程,掌握科學(xué)探究的方法,體驗(yàn)學(xué)習(xí)的樂趣,進(jìn)而提高其創(chuàng)新能力。

(欄目編輯趙保鋼)