《探究功与物体速度变化的关系》教学设计（精选2篇）
《探究功与物体速度变化的关系》教学设计 篇1
【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方法。
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、用图像法处理数据的技能。
4、使用excel软件处理数据的技能。
二、过程与方法
1、通过参与整个探究过程，体验科学研究的方法和艰辛历程。
2、通过解决变力做功问题，体会科学方法的精妙。
3、通过excel软件的使用，再一次体会计算机技术在辅助实验方面的巨大作用。
三、情感态度与价值观
通过探究过程激发学生求知欲和学习兴趣，享受成功的乐趣，体会物理学研究的科学性。
【教学重点】
1、再次体会功和能量变化关系。
2、实验方案的制定和实施。
3、数据的图像处理。
【教学难点】
1、橡皮筋的弹力做功的处理。
2、数据的处理。
【教学方法】
师生、生生讨论互动的方法。
【教具准备】
长木板（侧面分别钉上两个钉子 ）、小车、打点计时器（包括纸带、复写纸、电源和导线）、橡皮筋若干条、直尺、计算机（装有excel软件）
【课时安排】
2课时（第一节设计实验方案，第二节做实验与处理数据，得出结论）
【教学过程】
一、复习并引入新课
师提问：到现在为止，我们已经定量研究了哪几种能量？它们都是怎样得出表达式的？它们与对应力的功有什么关系？
师：对于势能的讨论我们先告一段落，从本节课开始我们要讨论动能，要得出动能的表达式和它满足的规律。
师提问：第一节中是怎样给动能下的定义？
师：动能是与物体的运动有关的能量，而且按照我们已经使用过的研究思路，要得出动能的表达式，必然也是通过探究某个力的功得出，因此本节课就通过实验探究功与物体速度变化的关系，今天我们一起讨论建立实验方案，下节课分组实验。
板书：第6节：探究功与物体速度变化关系
二、新课教学
师提问：我们得出重力势能表达式是通过探究重力做功得出的，得出弹性势能表达式是通过探究弹力做功得出的，那么标题中要探究的功是什么力的功？为什么？
教师引导他们说出理由，并由其他同学点评，最后形成统一认识：是合力功，因为合力决定了加速度，加速度是跟速度变化有关的。
师提问：求速度变化，要先测出速度，我们最熟悉的实验室中测速度的方法是什么？
打点计时器
师提问：那么请设计出一个实验方案，能够探究合力的功与物体速度变化的关系，先说需要什么器材，在说明怎样安装器材。
经过讨论、归纳、整理得出如图所示实验方案。
师：下面我们分别解决以下几个问题
教师板书：
怎样求合力功
怎样求速度改变量
师提问：怎样求小车受的合力？
（1）引导出要甩掉摩擦力这个麻烦，只让绳拉力为合外力，该怎么办？逐步引导出平衡摩擦力，怎样平衡，怎样判断出角度是否合适。
（2）拉力的大小怎么办？是否就等于钩码重力，经过讨论或者推导证明得出拉力小于钩码重力，虽然可以计算出拉力大小，但为了减轻实验负担，就近似认为钩码重力等于绳子拉力，条件是钩码质量远小于小车质量。
师提问：怎样得出位移？
引导出在纸带上确定始、末两点，用尺子测量出位移大小。
师提问：怎样确定始、末速度？
引导得出用中间时刻瞬时速度等于全程的平均速度得出。
师：刚才设计出的方案涉及到的问题我们在必修1中已经解决，现在想用如图所示的方案探究合力功与小车速度变化关系，以上问题如何解决？
（1）引导出为使橡皮筋拉力成为合力，平衡摩擦力的方法与前面一样。
（2）拉力大小如何确定？有些学生指出皮筋的劲度可以测出，再由形变量得出拉力，再求合力，引导提问：目的是求拉力还是求拉力的功？发现拉力为变力，求功不好求。引导上节课弹簧弹力也是变力，但我们成功地求出了功，求皮筋这个变力的功能使用弹簧变力功的方法吗？学生回答能用除以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（静脉取血）拉长后有什么变化？学生能回答出变细了，逐步引导出劲度系数变化了。
（3）拉力是变力，而且劲度系数也变，怎样变也不知，弹簧变力功的方法用不了了（画不出f-l图像），那怎么求皮筋做的功？
由于教师一直在问怎样求皮筋这个变力的功，学生的思维一定沿着要求出功的方向，因此至此陷入困境。
师：我们在探究加速度与力、质量关系时用过一种方法，不需要求出加速度具体值，也不需要求出力的具体值，只要知道两次实验中力的比值和加速度的比值，就可以得出加速度与力的关系。现在我们要讨论功与速度变化的关系，能用类似的办法吗？若学生仍没有受到启发？接着引导：非要算出功的具体值吗？再用实物引导，展示并说明：“有许多条相同的橡皮筋”若学生还是不能提出正确方案，可以直接告知：“如果我们做两次实验，知道这两次实验中功的倍数关系，还知道两次实验中速度的倍数关系，不也可以看出功与速度变化的关系吗？”进一步引导学生得出：“第一次用一条橡皮筋，第二次用两条橡皮筋……”
师：这种巧妙的方法在物理学史上是有先例的……（用几句话简单介绍库仑如何解决电量大小的问题的。）
师：功的问题已经解决，那么初位置与初速度，末位置与末速度的问题呢？
师提问：还能不能从纸带上任意找两个点作为初、末位置呢？若学生做不出判断可进一步问：关键是找到的这两点的速度怎样得出，还能用中间时刻瞬时速度等于全程的平均速度的方法得出吗？学生很自然地发现是变加速，此法不通。再进一步问那应该怎样选始末点，学生容易确定初始点选在头一个点好，因为这样初速为零，但对终了点不能确定，教师引导提问：小车加速过程中皮筋伸长量逐渐恢复，到原长后小车如何运动？学生容易答出匀速，纸带上点间隔均匀，从而可用点间距除以时间间隔得到匀速速度，从而解决末速度问题（末位置无所谓，反正也用不上位移，关键是末速度）
师：解决了以上的实验原理问题，在做实验以前，大家再讨论：为提高实验的准确性，实验中要注意什么？
学生发表许多意见，老师注意引导大家自评、互评得出大家都同意的几点，如对橡皮筋的要求：各条橡皮筋保证完全一样，且劲度系数适当，实验时还不能超过弹性限度。对小车每次释放的位置要一样等。
师：若实验总共做6次，得到（w、v1）（2w、v2）（3w、v3）……怎样处理这些数据，从而得到结论呢？
引导得出用图像法好，可进一步问画什么图？学生很容易回答出w-v图，追问若是直线是什么意思？w与v成正比。曲线是什么意思？学生几乎都回答抛物线，得出w与v2正比（因为学生接触过的曲线基本上只有抛物线，所以容易以偏盖全）可直接告知曲线不一定都是抛物线，即w不一定与v2成正比，即由曲线是得不出结论的，引导出要多画出几种如w-v2关系图，w-v3关系图，w-关系图等，用尝试法寻找结论。
师：图像自己用坐标纸画吗？学生容易得出用excel软件，因为在必修1时用过，教师可用以前的数据组织学生复习用excel作图的方法。
三、课堂小结
师：以上实验的预习过程可以形成提纲式笔记
板书：
1、要探究的是合力的功与速度变化的关系
2、为使橡皮筋的力成为合力，要平衡掉摩擦力，怎样平衡。
3、怎样解决橡皮筋这个变力做功问题（k也变化），实验中对橡皮筋有什么要求。
4、怎样确定初位置与初速度和末速度
5、怎样处理数据
师：究竟合力功与速度变化有什么关系，我们做完实验后就会得出结论。
四、作业
思考：物体的速度变化量是仅跟合力功有关吗？猜一猜可能还和什么有关？怎样通过实验验证你的猜测？
《探究功与物体速度变化的关系》教学设计 篇2
【教学目标】
一、知识与技能
1、领会探究功与物体速度变化关系的实验设计思路，经历探究学习的体验过程。
2、理解巧妙改变做功倍数的方法。
3、知道小车做匀速运动阶段测量速度比较合理。
4、能进行实验操作，会采集实验数据。
5、学会利用实验数据寻找w与v的关系。
二、过程与方法
通过本节课的学习，学会通过建立坐标系、描点、连线，利用图象寻找物理量之间的变化关系，并得到物理结论。
三、情感、态度与价值观
通过本节课的学习，感受探究过程中避繁就简的方法选择，培养学生逻辑思维能力和如实记录实验数据、实事求是的科学品质。
【教学重点、难点】
学习探究功与速度变化关系的物理方法，并学会实验数据的处理方法──图象法。
【教学方法】
实验观察法、图象法、迁移法、归纳总结、讨论。
【教学用具】
长木板，相同橡皮筋（若干），小车，打点计时器。
【教学过程】
一、引入新课
观察运动员掷铅球，人推车启动等视频。
师：是什么改变物体运动速度？
生：由牛顿定律知，力是速度变化的原因。
结论：力对物体做功可以改变物体运动速度。
师：功与物体速度的变化有什么样的关系呢？我们今天用实验的方法来探究功与物体速度变化的关系。
二、进行新课
实验目的：探究功与物体速度变化的关系。
师：在实验中，应如何对物体做功？又如何改变每次做功的大小呢？
（引导学生讨论后总结）既可以考虑用恒力做功，也可以用变力做功。若用恒力做功，例如用一砝码盘牵引着小车做实验，则可以通过改变砝码盘的质量及下落的高度来改变每次做功的大小。若用变力做功，可以采用容易获取的橡皮筋作为器材之一。
师：橡皮筋对小车做的功如何测量？
生：拉力为变力，做功很难直接测量。
师：橡皮筋的拉力是变力，无法直接进行测量计算。
师：那探究过程我们是否需要测出橡皮筋做功的具体数值？
生：不需要，知道比例关系也可以。
师：那又如何改变每次做功的大小？
生：我们用每次增加橡皮筋的条数来改变功的大小。
师：每次实验对橡皮筋的长度有什么要求？
生：拉伸长度相同，保证每根橡皮筋做功相同。
师：回答非常好，如果一条橡皮筋对小车做功为w，则两条橡皮筋做功为2w，三条为3w，依次类推，每次做功都可以用w的倍数来表达。这种处理方法，把不便于用公式计算的弹力做功转换为比值代替，是一种很好的思维方法，其精妙之处在于巧妙的回避了功的测量。
师：应如何来测量物体的速度呢？
（学生分组讨论，用打点计时器或者用气垫导轨配套光电门……）
师：介绍打点计时器。让学生讨论如何设计探究方案。
生：可以用长木板、橡皮筋、小车、打点计时器组合方案。
师：展示方案图。
师：只有橡皮筋的拉力做功吗？
生：讨论后，不是，还有摩擦力做功，可以用平衡摩擦力的办法处理掉。
师：展示图片，平衡摩擦力。
师：小车在平衡摩擦力后做什么性质的运动？
生：先加速运动，再匀速运动。
师：纸带上的点，间距并不都是均匀的，应该采用什么样的点来计算小车速度，为什么？
展示图片，取点迹清晰，间距较大且相当均匀的点来计算速度，纸带匀速运动说明拉力做功完成。
学生进行实验。
数据处理：从得到的数据可看出：w越大，v越大。
师：猜想w与v有何关系。
生：w与v成正比。
师：如何验证。
生讨论回答，师补充：以w为横坐标，v为纵坐标，描点，用平滑的线拟合这些点，若绘出的图像是过原点的直线，猜想成立。
师：若不是这样，我们可继续猜想，w与v2成正比，如何验证？
生思考，师点拨：仍以w为横坐标，v为纵坐标，若要确定猜想成立，得判断绘出的图像是二次曲线，不太容易。怎么处理？以w为横坐标，v2为纵坐标，若绘出的图像是过原点的直线，说明w与v2成正比
师：若不是这样，我们可继续猜想，w与成正比，如何验证？
生：以w为横坐标，为纵坐标，若绘出的图像是过原点的直线，说明w与成正比
……
生处理数据，得结论。
课后感
探究性实验是以获取物理新知识为目的的教学方式，所以安排在学习新知识之前，这样就比验证性实验的难度要大，其中难就难在要确立哪些物理量之间的关系上。学生需要在类比、推理的前提下，确立自己研究的问题和方法。
首先在老师所设置问题的引导下，逐步展现问题并思考实验的大体方案。然后根据方案设计实验步骤，并分析步骤中的注意事项，尤其是处理数据的方法，图像法使物理量之间的关系直观，好判断。