高中物理专题7.6实验：探究功与速度变化的关系教学设计必修

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1、6．实验：探究功与速度变化的关系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， 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，无论从教学设计，还是实验

2、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W 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W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

3、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础，在教学中应灵活把握。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

4、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。设计思想围绕实验设计、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

5、小组讨论、课件演示、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。采用“问题—讨论—实验—归纳”的探究性教学模式，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。前面几节课研究了重力做功与重力势能的关系，从而确立了重力势能的表达式。探究了弹力做功与弹性势能的关系，从而确立了弹性势能的表达式。这一节和下一节我们来探究功与物体动能的关系。我们已经知道物体的动能与物体的速度有关，但我们还不能一下子就

6、探究到功和物体动能的关系，我们先来探究力对物体做的功与物体速度变化的关系。特别应该明确的是：本节课题《探究功与物体速度变化的关系》中物体速度变化不是指速度的变化量，而是指速度相关量的变化量。具体讲，可能是速度一次方的变化量，也可能是速度二次方的变化量、速度三次方的变化量…，还可能是速度二分之一次方的变化量…。所以我们探究的方向是功与物体速度相关量变化的关系，这样，我们探究起来才不会误入歧途。既不会只探究功与物体速度变化的关系，偏离探究方向；又不会狭隘的直接探究功与物体速度二次方变化的关系，功与物体速度三次方、二分之一次方变化的关系也要探究。要看看功与物体速度相关量变化到底是什么关系。关于实验细

7、节的说明：（1）实验材料：橡皮筋要选择同一根，截成等长的六段，每段长度约0.5m;要事先做好两端带套且长度相等的橡皮条，共6根；木板要平整，长约30cm、宽约1m;纸带够用即可，不可过长，越长阻力越大，若小车加速运动5cm，纸带用25cm即可。（2）实验操作：平衡摩擦力要在小车后拖上纸带，纸带穿过打点计时器的限位孔，这样对阻力考虑的比较充分；是否确实平衡了摩擦力，要对打点纸带进行检验;特别是用多根