黎嬌娥　劉萬強(qiáng)

動(dòng)能定理是高中階段一個(gè)重要的物理定理，反映了外力對(duì)物體所做的總功與物體動(dòng)能改變量之間的關(guān)系.傳統(tǒng)的教學(xué)往往應(yīng)用重物拉小車或橡皮筋拉小車來探究恒力或變力做功的動(dòng)能定理，因摩擦平衡不理想、做功的計(jì)算誤差大、手工標(biāo)記測(cè)量耗時(shí)長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)精度差等導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不容易成功，學(xué)生被動(dòng)接受規(guī)律，在知識(shí)的認(rèn)知理解上不深刻.筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)際，對(duì)動(dòng)能定理的教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)，按照先“恒力作用下的理論推導(dǎo)”，再“變力作用下的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”進(jìn)行教學(xué)，產(chǎn)生了很好的教學(xué)效果.

1提出問題，構(gòu)建模型，理論推導(dǎo)

教師先準(zhǔn)備好學(xué)案，采用問題情境式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生思考推導(dǎo)分析歸納，問題情景式教學(xué)的過程如下.

提出問題力是產(chǎn)生加速度的原因，從而導(dǎo)致速度變化，若力對(duì)物體做功，與速度的變化有何關(guān)系呢？

留下疑問，不要求學(xué)生回答.

創(chuàng)設(shè)情境如圖1，一質(zhì)量為m的物體在光滑的水平面上，受到方向與運(yùn)動(dòng)方向相同的水平恒力F的作用下發(fā)生了一段位移l，速度由原來的v1變?yōu)関2，試用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，尋找力F對(duì)物體做功與獲得動(dòng)能的關(guān)系.

創(chuàng)設(shè)恒力做功的直線運(yùn)動(dòng)情景（提供最簡(jiǎn)單的情景，可利用已學(xué)的牛頓運(yùn)動(dòng)定律研究）.

學(xué)生推導(dǎo)力F做的功為W=Fl，再根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式l=v22-v212a和牛頓第二定律a=Fm，可得

學(xué)生在草稿紙上推導(dǎo)，教師巡查，結(jié)束時(shí)展示推導(dǎo)過程.

教師歸納力在一個(gè)過程中對(duì)物體所做的功，等于物體在這個(gè)過程中動(dòng)能的變化，這個(gè)結(jié)論叫做動(dòng)能定理.

教師引導(dǎo)分析，導(dǎo)出動(dòng)能、動(dòng)能的變化和動(dòng)能定理.

2猜想討論，實(shí)驗(yàn)探究，推廣上升

2.1學(xué)生猜想動(dòng)能定理的適用范圍

由在恒力作用下的直線運(yùn)動(dòng)，我們推導(dǎo)出了動(dòng)能定理，在變力作用下或做曲線運(yùn)動(dòng)的情況下，動(dòng)能定理能否適用呢？請(qǐng)同學(xué)們討論，猜想.老師引導(dǎo)分析，可采用微元法的思想，將曲線運(yùn)動(dòng)分成許多很小很小的元段，由于功和能都是標(biāo)量，所以每個(gè)元段的功可以直接相加，這樣讓學(xué)生體會(huì)到，從理論上講，動(dòng)能定理同樣適用于變力作用下做曲線運(yùn)動(dòng)的物體.

2.2DIS實(shí)驗(yàn)研究變力作用下的動(dòng)能定理

在學(xué)生有了動(dòng)能定理理論上的推導(dǎo)，了解其適用于恒力作用下的運(yùn)動(dòng)，還適用于變力作用下的運(yùn)動(dòng).教師引導(dǎo)學(xué)生，進(jìn)行變力作用下的實(shí)驗(yàn)探究.

首先，讓學(xué)生進(jìn)行變力做功的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，集中交流討論優(yōu)化方案，最后教師展示介紹實(shí)驗(yàn)裝置，要求部分學(xué)生配合實(shí)驗(yàn)，具體的實(shí)驗(yàn)方案如下.

（1）實(shí)驗(yàn)原理：如圖2，用伸長(zhǎng)的橡皮筋拉著小車運(yùn)動(dòng)，小車置于光滑的力學(xué)軌道上，將位移傳感器、力傳感器接入數(shù)據(jù)采集器.用位移傳感器（如圖3）直接測(cè)出小車距傳感器的位置，同時(shí)間接測(cè)出小車的瞬時(shí)速度v.用力傳感器測(cè)拉力大小，由于小車在光滑的水平軌道上所受到摩擦力極小，可以忽略（該軌道是與傳感器配套的國(guó)外進(jìn)口的軌道），小車所受的合外力大小等于拉力大小.在電腦屏幕上顯示拉力F隨位移x的變化圖、速度v隨位移x變化圖.

（2）實(shí)驗(yàn)步驟：

①測(cè)出小車及配置的總質(zhì)量m；

②把位移傳感器固定在力學(xué)軌道一側(cè)，將軌道調(diào)節(jié)水平，把力傳感器固定在小車上，找一根比較粗的、長(zhǎng)約40 cm的橡皮筋，橡皮筋一端固定，另一端與小車相接，將位移傳感器、力傳感器接入數(shù)據(jù)采集器；

③各裝置通電后，在力學(xué)軌道上移動(dòng)小車至某位置靜止，使橡皮條處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，松開手，讓小車在軌道上運(yùn)動(dòng)；

④利用運(yùn)動(dòng)傳感器直接測(cè)出位移x和瞬時(shí)速度v，建立力F-位移x圖象，利用面積求變力的功W；

⑤同時(shí)利用力位移傳感器和力傳感器測(cè)出對(duì)應(yīng)位置的拉力，建立速度v-位移x圖象，求出對(duì)應(yīng)位置小車的初末速度，求出這段位移內(nèi)小車動(dòng)能的變化ΔEk；

⑥改變小車上配置的質(zhì)量，改變橡皮筋的長(zhǎng)度，再次重復(fù)實(shí)驗(yàn)；

⑦比較變力的功W和小車動(dòng)能的變化ΔEk，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

（3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

下面是某次實(shí)驗(yàn)中的一組數(shù)據(jù)，由圖4（F-x圖象），利用面積求出變力的功為0.364 J，由圖5（v-x圖象），可以算出動(dòng)能的變化為0.348 J.由圖6可得，在誤差允許的范圍內(nèi)，動(dòng)能定理成立.

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，在變力作用下，小車所受合外力做的功與小車動(dòng)能的變化量相等.

2.3歸納小結(jié)動(dòng)能定理的適用范圍

學(xué)生在完成理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)探究?jī)蓚€(gè)環(huán)節(jié)之后，教師適時(shí)引導(dǎo)歸納：動(dòng)能定理不僅適用于恒力做功，也適用于變力做功.尤其是在高中階段，應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決變力作用下的運(yùn)動(dòng)比較困難，而應(yīng)用動(dòng)能定理研究比較方便.

按照先“理論推導(dǎo)”，再“實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的思路進(jìn)行教學(xué)，使恒力做功與變力做功兩種情況都得到了證明，深化了知識(shí)的理解，使“理論分析”與“實(shí)驗(yàn)探究”兩種研究方式都得到了體現(xiàn)，豐富了知識(shí)的探究方式，整個(gè)教學(xué)過程操作方便、學(xué)生的認(rèn)知思維流暢，教學(xué)效果好.