“探究功与速度变化的关系”教学设计
江苏省泰州中学高峰
2008-3-22 【教学情况分析】
1.教学对象分析：
学生已经掌握求恒力做功的方法，知道了功是力在空间上的累积效应，做功的同时，物体的速度也在改变。对使用打点计时器测量速度的实验技能也已经掌握，也初步知道利用图像能够迅速准确地找出物理量之间的关系。对学生来说，本节课引入的难点在于怎样把力做功和做功引起的速度的变化联系起来。本节课的难点在于设计实验方案以及对方案不断完善的过程。
2.教学内容分析：
本节探究实验是为下一节动能定理做准备的。探究实验方案和完成实验在一节课内完成时间很紧，效果也不好。故将本节课内容分两课时进行，第一课时，通过师生互动，共同探究，结合老师和学生的适当演示，解决实验的设计思路问题，使学生对探究过程有一个整体的认识；第二课时，以学生探究为主，动手实验，教师进行指导，互相观摩，展示探究成果。【教学目标】
一．知识与技能
1．巩固用打点计时器和纸带测量物体运动速度的技能。
2．为增强实验的可靠性对实验器材和方法实施控制的技能。
3．用图像法处理数据寻找规律的技能。
二．过程与方法
1．通过参与整个探究过程，体验科学探究的方法。
2．通过解决变力做功问题，体会科学方法的精妙。
3．通过对实验数据的分析处理，体会利用图象法寻找物理规律的过程。
4．学会如何利用数据处理软件处理数据。
三．情感态度与价值观
1．培养学生对待科学实验严谨认真的态度。
2．培养学生在探究及实验过程中合作交流的团队精神。
3．培养实事求是，努力思索的科学探究精神。
【教学重点】
1．领会探究功与速度变化的关系实验思路。
2．本实验中对变力做功的巧妙处理。
3．掌握实验结果的处理方法
【教学难点】
1．橡皮筋做功（变力做功）的巧妙处理
2．实验方案的比较选择
3．实验的注意事项和实验数据的处理
【教学方法】
师生，生生互动交流，探究，展示，演示
【教学器材】
长木板两块（一块是一端装有定滑轮，另一块是板面固定有一枚钉子）、小车、打点计时器、托盘和砝码、橡皮筋若干条、刻度尺、计算机等
【教学过程】
教学环节设计意图教师活动学生活动
一、引入教学通过视频引入，让学生
了解功与速度变化是
有关系的。播放一组视频
提问：结合所学的物理
知识，你能总结出什么
结论和观点？
学生讨论回答
二、新课教学
1.探究方案1 恒力做功与速度变化的关系
2.探究方案2 变力做功与速度变化的关系发挥学生的主观能动
性，形成探究氛围。
提问：你能设计出哪些
方案可以用来探究功
和速度变化的关系？
学生讨论回答
展示方案草图
结合“探究加速度与
力、质量的关系”实验，
先探究恒力做功与速
度变化的关系，学生已
经有了一定的基础，由
浅入深，便于学生探
究。
提问：这种方案探究的
是什么样的力做功与
速度变化之间的关
系？
提问：用这种方案需测
量哪些物理量来探究
功与速度变化之间的
关系？
提问：怎样测量这些物
理量呢？这种方案的
实施要注意哪些事
项？
学生回答：合力做的
功，合力是恒力
学生回答：力的大小，
位移，速度
学生讨论、回答，互相
补充、完善
自然过渡到本节课的
重点探究一般力做功
和速度变化的关系。
引入：物体受到的力往
往是变力，恒力的情况
并不多见，如果是变力
对物体做功，则功与速
度变化之间的关系又
如何探究呢？
结合本校器材，将实验
装置进行改造。
提问：用这种方案需测
量哪些物理量来探究
功与速度变化之间的
关系？
学生可能回答：力的大
小，位移，速度或拉力
做的功，小车被弹开时
的速度
本节对橡皮筋做功的
处理很巧妙，通过设问
把同学们的疑点消除。
提问：拉力的大小如何
确定？拉力做的功如
何测量？
解释：这里的橡皮筋的
拉力与形变量不成正
比。
学生可能回答：胡克定
律，利用微元法的思想
由图像的面积求出
【教学过程】
一、引入教学：
师：同学们，请大家来看一组视频…（播放视频）
请同学们结合所学的知识，你们能总结出哪些物理观点呢？
生：物体受到了力，运动状态发生了改变；
力对物体做了功，物体的动能发生了改变等等。
师：那么动能的表达式是什么呢？请结合前两节课想想怎样探究动能的表达式？生：探究力对物体做了多少功。
师：我们通过重力做功得到了重力势能的表达式，拉力做功得到了弹性势能的表达式，那么动能的表达式该探究什么力做功呢？
生：合外力。
师：你们怎么想到是合外力呢？
生：因为合外力改变物体的运动状态即速度，而动能跟速度有关。
师：好，今天我们就先一起来探究合外力做功与物体速度变化的关系。今天我们一起探究实验方案，下节课分组实验。
二、新课教学：
师：先请同学们想想，你能设计出哪些方案可以探究合外力做功与物体速度变化的关系？
生：（互相讨论）提出几个方案
师：评价方案，得出方案一。
师：这种方案探究的是什么样的力做功与速度变化之间的关系？
生：恒力，也就是绳的拉力。
师：只是绳的拉力吗？
生：还有摩擦等阻力，需要平衡摩擦力。
师：如何平衡摩擦力呢？
生：学生演示或者看视频，指出错误所在。
师：用这种方案需要测量哪些物理量来探究功与速度变化之间的关系？
生：拉力的大小，位移，速度。
师：怎样测量这些物理量呢？
生：拉力的大小等于钩码的重力……
师：这种方案的实施要注意哪些事项？
生：要平衡摩擦力；
使钩码的质量远远小于小车的质量（为什么？）；
先打开电源开关，再释放小车……
师：物体受到的力往往是变力，恒力的情况并不多见，如果是变力对物体做功，则功与速度变化之间的关系又如何探究呢？你们可以想到什么方案呢？
生：（互相讨论）得出方案二。
师：用这种方案需测量哪些物理量来探究功与速度变化之间的关系？
生：（互相讨论）拉力的大小，位移，速度或者拉力做的功，小车被弹开时的速度。
师：拉力大小如何确定？
生：橡皮筋皮筋的劲度系数可以测出，再由形变量得出拉力。
师：你的目的是求拉力还是求拉力的功？拉力为变力，怎样求功？引导上节课弹
簧弹力也是变力，但我们成功地求出了功，求橡皮筋这个变力的功能使用弹簧变力做功的方法吗？
（学生可能回答：能，用除以2求平均力或者分割、求和、逼近的微积分方法。）
教师引导提问：弹簧变力的功之所以能用上述方法是因为劲度k 恒定，拉力F 与形变量L 成正比，或说拉力F 随形变量L 的变化均匀增大，橡皮筋有这个特点吗？即劲度k 恒定不恒定？学生回答不出可引导：化学实验中的胶皮管或者医用胶皮管拉长后变细了，劲度系数变化了。
生：（再讨论探究）
师：（展示多条橡皮筋）如果我们做两次实验，知道这两次实验中功的倍数关系
和速度变化的倍数关系，不也可以得出功与速度变化的关系吗？ 师：小车弹开时的速度怎么测量呢？
生：（讨论回答）可以用打点计时器，光电门或者传感器。
师：可见平衡摩擦在本方案中是非常重要的，为什么呢？
生：（讨论回答）
师：解决了以上的实验原理问题，在做实验之前，为提高实验的准确性，要注意
什么呢？
生：要用完全一样的橡皮筋
每次小车应从同一位置由静止释放……
师：若实验共做了六次，得到（W ，v 1）、（2W ，v 2）、（3W ，v 3）…怎样从这些数据中
找出规律？
生：画出W -v 图象
师：根据数据我们得到的图象是下图，你能看出规律吗？
生：那么画出v W v W v W ---,,3
2……的图象，寻找规律。
师：演示用excel 软件处理数据的过程。
师：今天我们一起讨论了如何设计实验探究功与速度变化的关系，还只是进行了
理论探究，下节课，我们就到实验室进行实验探究。
探究问题
问题1：你能设计出哪些方案可以来探究功和速度变化的关系？
问题2：这种方案探究的是什么样的力做功与速度变化的关系？
问题3：用这种方案需测量哪些物理量来探究功与速度变化的关系？
问题4：怎样测量这些物理量呢？这种方案实施时有什么需要注意的地方吗？问题5：用这种方案需测量哪些物理量来探究功与速度变化的关系？
问题6：解决了以上的实验原理问题，在做实验之前，为提高实验的准确性,你觉得还要注意些什么呢？
问题7：若实验共做了六次，得到（W，v
1）、（2W，v
2
）、（3W，v
3
）…
怎样从这些数据中找出规律？
问题8：物体速度的变化量仅仅跟功有关吗？猜一猜可能还和什么有关？怎样通实验验证你的猜测？