学生实验教学设计(第一课时)

试验：验证动能定理

教学设计

课题

验证动能定理

知识与技能

（1）会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度；

（2）学习利用物理图像寻找功与物体动能变化的关系。

过程与方法

课型

复习课

教学

目标

1．通过实验，使学生更好地理解动能定理。

2．情感、态度与价值观

1．使学生养成具体问题具体分析和严密思维的习惯。

2．提高学生理论联系实际、解决实际问题的能力。

3．培养学生敢于发表自己观点、善于合作的良好习惯。

教学重点：

立足课本方案，理解原理，并会利用图像法处理数据

重点

教学难点：

难点

实验数据的处理方法――图像法

教具

准备

多媒体

课时

１课时

安排

教学方法、教学手段与学法、学情

教学过程与教学内容

【探究学习】

阅读教材，提出方法

（1）实验装置：见右图。配套器材：课本方案装置

（2）实验思想方法：倍增法。虽为变力做功，但橡皮条做的功，随着橡皮条数目的成倍增加功也成倍增加。这种方法的构思极为巧妙。（3）数据处理方法：图像法。作出合力功－动能变化曲线，分析这条曲线，得出功与动能变化的定量关系。

引入课堂

吸引学生

加深对动能的概念

[来源:Zxxk.Com]

学生思考，提出预案

（1）学生提出多种设计预案，在课上展示设计的思路和方法：

课本方案、气垫导轨加数字毫秒计方案、铁架台打点计时器自由落体方案等。 （2）教师针对各种设计预案，进行分析：

主要从合理性、科学性、可行性等方面进行分析，略。

师生研讨，初定方案

1、制定基本的实验方案：（师生互动）互动以下面几个问题为中心展开：

（1）探究中，我们是否需要橡皮筋做功的具体数值？不需要。因为实验是以倍增的思想方法设计，若橡皮筋第一次做功为W，则橡皮筋第二次做功为2W，…、橡皮筋第n次做功

为nW。且实验巧妙地将倍增的物理方法应用于变力做功。

（2）为了达到各次实验中橡皮筋做的功成倍增加，即实现倍增，对各次实验中橡皮筋的伸长量有什么要求？你想出了什么办法？各次实验中橡皮筋的伸长量必须相同。若使小车在橡皮筋的变力作用下产生的位移相同，就要有相同的运动起点。具体方法是：以第一次实验时小车前（或后）端的位置为基准，垂直运动方向在木板上作出一条水平线。以后改变橡皮筋的条数时，小车前（或后）端仍以此位置为基准（均从静止）运动。

（3）小车获得的速度怎样计算？小车在橡皮筋作用结束后，做匀速运动。找出纸带中点距相等的一段。求出点距相等一段的平均速度，即为小车匀速运动的速度，即小车加速后获得的速度。

（4）是否一定需要测出每次加速后小车速度的数值？可以怎样做？不一定需要。（当然，也可以测出每次加速后小车速度的数值）

设第一次小车获得的速度为v,小车在第一次、第二次、…、第n次实验中的速度为：

v1xxx1xx,v22,,vnn,若令v1v,则v22vn2v,,vnnvnnv,TTTx1x1即小车在第二次以后实验中获得的速度可以用第一次实验中获得的速度的倍数来表示。

（5）实验完毕后，用什么方法分析橡皮筋对小车做的功与小车速度的关系？

图像法。

（6）如何在坐标纸上建立两轴物理量？如何确定适当的标度？

纵坐标表示橡皮筋对小车做的功，横坐标表示小车获得的速度。

以第一次实验时的功W为纵轴的单位长度（必须用），可以用第一次实验时的速度v为横轴的单位长度（也可以根据各次实验中的最大速度值、坐标纸的最大格数来确定），作出W-v曲线，即功－速度曲线。[来源:Zxxk.Com]

2、确立基本的实验方案，设计初步的实验步骤：

A.先将木板置于水平桌面，然后在钉有钢钉的长木板上，放好实验小车。

B.把打点计时器固定在木板的一端，将纸带穿过打点计时器的限位孔，纸带一端夹紧在小车的后端，打点计时器接电源。

C.过两钉中垂线上的适当位置作两钉的平行线，交中垂线于O点，作为小车每次运动的起始点。[来源:Zxxk.Com]

D.使用一根橡皮筋时，将小车的前端拉到O点，接通电源，打点计时器打点，释放小车，小车离开木板前适时使小车制动，断开电源，取下纸带。重复本项前面的过程，选出点迹清

晰的纸带。（求出小车获得的速度。暂不求）

E.换用同样材料、粗细、长度的两根、三根、…六根橡皮筋，依照D项的方法，分别进行实验。（得出各次实验中小车分别获得的速度。暂不求）

F.以功为纵轴（第一次橡皮筋做的功为纵轴的单位长度），以速度的平方为横轴（第一次小车的速度为横轴的单位长度），建立坐标系，用描点法作出图像，看看是否是正比例图像，若不是，功与速度的哪种相关量（的变化量）是正比的，功就与速度的这种相关量（的变化量）具有确定的函数关系。

学生实验，教师指导

1、学生按确定方案开始初步实验。（首先完成实验操作方案的前四步）

2、教师适时提出问题，指导学生操作的技巧，针对问题，完善实验操作。

（1）小车运动中会受到阻力，可以采用什么方法进行补偿？

可以采用平衡摩擦力的方法。具体操作是：使木板略微倾斜，将小车（车后拴纸带）放到木板上，轻推小车，小车运动，观察纸带的点距。调节木板的倾角，观察纸带的点距，直到点距相等，表明恰平衡摩擦力（若用气垫导轨，调节导轨的倾角，若挡光条遮光的时间通过数字毫秒计显示时间相等，即恰平衡摩擦力）。

（2）观察打点的纸带，点距是如何变化的？点距是否均匀？问题出在哪里？若恰能平衡摩擦力，试分析小车会做何种运动？应该采用哪些点距来计算小车的速度？

先增大，后减小。不均匀（不是匀加速）。没有平衡摩擦力。就要用到补偿法。先加速（但非匀加），后匀速。应采用小车做匀速运动那一段的点距来计算速度。因为匀速的速度就是橡皮条对小车作用的最终速度；由于小车在橡皮条变力作用下做非匀加速运动，最终速度不能用匀变速运动纸带的处理方法得到，但可以用匀速运动纸带的处理方法得到。

（3）使木板略微倾斜，调节木板的倾角，经检验恰好平衡摩擦力。可以做一系列地平行线，选适当的位置作为A，重新标出小车运动的初始位置A。（体现完善实验的过程）

（4）确立可操作实验方案，设计合理的实验步骤：

A.先将木板置于水平桌面，然后在钉有钢钉的长木板上，放好实验小车。

B.把打点计时器固定在木板的一端，将纸带穿过打点计时器的限位孔，纸带一端夹紧在小车的后端，打点计时器接电源。

C.使木板略微倾斜，调节木板的倾角，测量纸带点距直到相等，表明恰好平衡摩擦力。

D.过两钉中垂线上的适当位置作两钉的平行线，交中垂线于A点，作为小车每次运动的起始点。

E.使用一根橡皮筋时，将小车的前（或后）端拉到A点，接通电源，打点计时器打点，释放小车，小车离开木板前适时使小车制动，断开电源，取下纸带。重复本项前面的过程，选出清晰的纸带。记下点距相等后t=0.1s的位移x1m，求出小车获得的速度v=10x1m/s。

F.换用同样材料、粗细、长度的两根、三根、…五根橡皮筋，依照D项的方法，分别进行实验。记下各次实验中点距相等后t=0.1s的位移x2,x3xnm,求出小车分别获得的速度v2,v3vnm/s。

G.以功为纵轴（用第一次橡皮筋做的功为纵轴的单位长度），以速度平方为横轴（可以用适当的速度值为单位长度，也可以用第一次小车的速度为横轴的单位长度），建立坐标系，用描点法作出图像，看看是否是正比例图像，若不是，功与速度的哪种相关量（的变化量）是正比的，功就与速度的这种相关量（的变化量）具有确定的函数关系。

创新方案设计

教学目标

验证动能定理

试验设计

在课本方案理解的基础上，提高小车合外力测量的精度。利用纸带计算小车的速度，计算出小车的动能，也可只计算出速度的平方，找到合外力的功与速度平方之间的关系。

方法设计

准备小车，易拉罐，细沙，木板，打点计时器，滑轮，天平或弹簧测力计等器材。

安装好器材，使小车和易拉罐用细线相连，小车沿木板向下匀速运动，易拉罐竖直向上匀速运动。绳子产生的张力等于细沙和易拉罐总重力

大小，小车受到重力，木板的支持力，细绳的拉力，摩擦力，这四个力的合力为零。撤去细绳，不改变木板的倾角，小车会匀加速运动，合外力等于细沙和易拉罐的总重力。这是该方案的重点所在，需要学生领会理解。

教学过程

1.

准备好试验器材，指导学生进行正确安装。

2.

保证木板倾角不变，在易拉罐慢慢内装上适当细沙，直到它们能做匀速运动。使小车靠近打点计时器，打开电源，轻推小车，打出一条纸带，看纸带上的点是否分布均匀。若是，则进行下一步试验，如不是，则继续调整细沙的质量，直到打出纸带上的点分布均匀。

3.

取下易拉罐，让小车靠近打点计时器，打开电源，打出几条纸带，关闭电源。选取一条清晰的纸带，在纸带上记下易拉罐和细沙的重量。

4.

改变木板的倾角，重复步骤2,3 5.

处理纸带，恰当选取起点，终点，计算出速度的平方及这一过程中合力做的功

6.

对每条纸带进行研究，以合力的功为横坐标，速度平方的变化为纵坐标，找出它们之间的关系。

试验反思及自我评价

1.这个实验在高中占有重要的地位，教学过程中必须立足课本上的方案，加以讲解，使学生能理解，体会实验过程，提高科学素养，学生领悟和动手能力有待提高。

2.试验后，学生大多不去处理数据，体验了试验，却不注重结果的总结发现，个人创新难以开展。

3.创新试验虽解决了合外力的准确性，但学生在理解设计原理和操作中增加了难度，课后仍需要仔细强调和说明。

验证动能定理

教学设计

太和中学

胡帅