在实验与理论结合中进行有效探究

2014-09-17 16:04徐慧余苏萍
江苏教育·中学教学版 2014年8期
关键词:动能定理外力动能

徐慧 余苏萍

一、引入过程

通过生活中的现象加深学生对动能的感知,投影图片:子弹穿过苹果、洪水冲坏房屋和狂风吹翻雨伞,如图1、图2、图3。

师:生活中我们能感受到下面的情况,物体由于运动而具有能量,这样的能量我们称为“动能”。投影:动能定义:物体由于运动而具有的能量。

(设计意图:从学生对动能的感受出发,得出动能的定义,并进一步进行研究。)

二、探究动能的表达式

师:对于动能我们有粗浅的认识,可能和哪些因素有关?

生:质量、速度。质量越大,动能越大;速度越大,动能越大。

师:但动能与速度的一次方成正比呢,还是与速度的二次方成正比呢?或者与速度之间有更复杂的函数关系呢?你打算怎样探究?

生实验探究,理论探究。

师:力对物体做功改变物体的动能,力对物体做功会改变它的速度。为此在上一节内容中通过“功”这个桥梁把动能和速度连接起来,探究它们的定量关系。某位同学以牵引力对小车做功为纵坐标,以小车获得速度为横坐标得到图4。

观察发现功和速度之间的关系无法从图像中直接得出结论,另一位同学又以牵引力对小车做功为纵坐标,以小车获得速度的平方为横坐标得到图5。

(设计意图:回顾上一节内容“探究功与速度变化的关系”,进一步让学生理清为什么要研究功与速度的关系,目的是研究动能与速度的关系。同时利用实验得到的结论,进一步用半定量的方法探究动能表达式。)

生:外力做的总功。

师:我们把刚刚得到的结论称为“动能定理”。投影:动能定理(1)内容:合力在一个过程中对物体所做的功,等于物体在这个过程中动能的变化。(2)表达式:W=Ek2-Ek1。

师:W为总功,Ek2为末动能,Ek1为初动能,Ek2-Ek1为动能的变化量。

师:力对物体做功可正可负,当外力对物体做的总功为正功时,物体动能怎么变?若为负功呢?

生:外力对物体做的总功为正功时,物体动能增加;外力对物体做的总功为负功时,物体动能减少。

(设计意图:通过刚刚的理论推导进行外延,从而使学生理解W为外力对物体做的总功,并建立动能定理,理解外力做功与物体的动能的关系。)

四、应用动能定理的建立

引导学生分别用牛顿第二定律和动能定理解题,从而比较二者的优缺点。在不涉及加速度、时间时,用动能定理解题较为简便。并进一步总结应用动能定理解题的步骤:①明确研究对象和运动过程;②受力分析,确定各个力做功的情况;③明确初末态动能;④列方程求解。

(2)如图12,若撤去外力F时物体离桌边距离S=0.25m,求物体离开桌边时的速度v2。

引导学生分析总结在多过程问题中动能定理也适用,并进一步比较全过程动能定理和牛顿第二定律的优缺点。

(3)如图13,若已知桌高h=1.25m,物体以速度v2做平抛,求物体落地时的速度v3大小。

引导学生分析总结,得出在曲线运动中,动能定理也适用,且更加简便。

(4)如图14,若物体落到和地面等高处,无能量损失地进入光滑轨道,设在轨道连接处无能量损失。求物体可以上冲距地面的最大高度h2。

思考:1.在变力做功的情况下还适用吗?2.做功的过程是能量转化或者转移的过程,上述例题中,阻力做功,物体的动能去哪儿了?

(设计意图:为下节进一步应用动能定理解题进行铺垫,并渗透“能量守恒”的概念。)

【教学反思】

人教版教材中,“动能和动能定理”这节内容位于“探究功与速度变化的关系”与“机械能守恒定律”之间。本节内容是前一节实验探究的延续,因此本节课从上节的实验结论入手,研究动能和哪些因素有关,分别沿着定性、半定量、定量,从实验探究到理论探究的路线,通过与重力势能、弹性势能定义式的得出进行类比,依据功是能量转化的量度,得出动能的表达式和动能定理,并运用动能定理解决简单的问题。本节内容在教材中的地位是承前启后,为接下来学习机械能守恒定律和能量守恒定律打下基础。

学生的认知构成可以分为现有知识构成和最近发展区两部分,无论怎样的教学设计,都要从学生现有认知水平出发,设计位于学生最近发展区的问题,使学生能“跳一跳,够得到”。因而本节课在问题设计上有层层递进的问题串,也有发散的问题树。

物理学科虽然是以实验为基础的学科,但不是所有的问题都要有实验的。在本节课的教学中很多教师采用了实验探究:功的测量或者用量化的方法,或者准确利用公式进行计算;速度的测量采用了打点计时器、光电门等仪器。然而这些内容都是上节“探究功与速度变化的关系”中需要完成的,本节的重点是理论探究,因此教师必须立足教材,钻研教材,分析学生,合理有效地进行教学设计。教学形式、教学方法不是固定的,依据不同教师的特点、不同班级的学生情况,都是可以改变的,教学有法,但无定法。

所有的教学设计只是教师对学生课堂的可能情况进行的预设,而课堂是一个动态的过程,是学生的认知发展场,更是学生的生命发展场。这个过程中会有很多生成性资源,教师要运用思维去引领思维,用智慧去激发智慧。作为一个青年教师,还没有足够的历练去有效地运用各种课堂生成资源,将课堂变成师生共同进步的场所。我想除了钻研教材、教法、学生,更应该站在生命发展的广度上去钻研教学,站在这个讲台上,我们的道路还很长。

(作者单位:南京师范大学附属中学)

一、引入过程

通过生活中的现象加深学生对动能的感知,投影图片:子弹穿过苹果、洪水冲坏房屋和狂风吹翻雨伞,如图1、图2、图3。

师:生活中我们能感受到下面的情况,物体由于运动而具有能量,这样的能量我们称为“动能”。投影:动能定义:物体由于运动而具有的能量。

(设计意图:从学生对动能的感受出发,得出动能的定义,并进一步进行研究。)

二、探究动能的表达式

师:对于动能我们有粗浅的认识,可能和哪些因素有关?

生:质量、速度。质量越大,动能越大;速度越大,动能越大。

师:但动能与速度的一次方成正比呢,还是与速度的二次方成正比呢?或者与速度之间有更复杂的函数关系呢?你打算怎样探究?

生实验探究,理论探究。

师:力对物体做功改变物体的动能,力对物体做功会改变它的速度。为此在上一节内容中通过“功”这个桥梁把动能和速度连接起来,探究它们的定量关系。某位同学以牵引力对小车做功为纵坐标,以小车获得速度为横坐标得到图4。

观察发现功和速度之间的关系无法从图像中直接得出结论,另一位同学又以牵引力对小车做功为纵坐标,以小车获得速度的平方为横坐标得到图5。

(设计意图:回顾上一节内容“探究功与速度变化的关系”,进一步让学生理清为什么要研究功与速度的关系,目的是研究动能与速度的关系。同时利用实验得到的结论,进一步用半定量的方法探究动能表达式。)

生:外力做的总功。

师:我们把刚刚得到的结论称为“动能定理”。投影:动能定理(1)内容:合力在一个过程中对物体所做的功,等于物体在这个过程中动能的变化。(2)表达式:W=Ek2-Ek1。

师:W为总功,Ek2为末动能,Ek1为初动能,Ek2-Ek1为动能的变化量。

师:力对物体做功可正可负,当外力对物体做的总功为正功时,物体动能怎么变?若为负功呢?

生:外力对物体做的总功为正功时,物体动能增加;外力对物体做的总功为负功时,物体动能减少。

(设计意图:通过刚刚的理论推导进行外延,从而使学生理解W为外力对物体做的总功,并建立动能定理,理解外力做功与物体的动能的关系。)

四、应用动能定理的建立

引导学生分别用牛顿第二定律和动能定理解题,从而比较二者的优缺点。在不涉及加速度、时间时,用动能定理解题较为简便。并进一步总结应用动能定理解题的步骤:①明确研究对象和运动过程;②受力分析,确定各个力做功的情况;③明确初末态动能;④列方程求解。

(2)如图12,若撤去外力F时物体离桌边距离S=0.25m,求物体离开桌边时的速度v2。

引导学生分析总结在多过程问题中动能定理也适用,并进一步比较全过程动能定理和牛顿第二定律的优缺点。

(3)如图13,若已知桌高h=1.25m,物体以速度v2做平抛,求物体落地时的速度v3大小。

引导学生分析总结,得出在曲线运动中,动能定理也适用,且更加简便。

(4)如图14,若物体落到和地面等高处,无能量损失地进入光滑轨道,设在轨道连接处无能量损失。求物体可以上冲距地面的最大高度h2。

思考:1.在变力做功的情况下还适用吗?2.做功的过程是能量转化或者转移的过程,上述例题中,阻力做功,物体的动能去哪儿了?

(设计意图:为下节进一步应用动能定理解题进行铺垫,并渗透“能量守恒”的概念。)

【教学反思】

人教版教材中,“动能和动能定理”这节内容位于“探究功与速度变化的关系”与“机械能守恒定律”之间。本节内容是前一节实验探究的延续,因此本节课从上节的实验结论入手,研究动能和哪些因素有关,分别沿着定性、半定量、定量,从实验探究到理论探究的路线,通过与重力势能、弹性势能定义式的得出进行类比,依据功是能量转化的量度,得出动能的表达式和动能定理,并运用动能定理解决简单的问题。本节内容在教材中的地位是承前启后,为接下来学习机械能守恒定律和能量守恒定律打下基础。

学生的认知构成可以分为现有知识构成和最近发展区两部分,无论怎样的教学设计,都要从学生现有认知水平出发,设计位于学生最近发展区的问题,使学生能“跳一跳,够得到”。因而本节课在问题设计上有层层递进的问题串,也有发散的问题树。

物理学科虽然是以实验为基础的学科,但不是所有的问题都要有实验的。在本节课的教学中很多教师采用了实验探究:功的测量或者用量化的方法,或者准确利用公式进行计算;速度的测量采用了打点计时器、光电门等仪器。然而这些内容都是上节“探究功与速度变化的关系”中需要完成的,本节的重点是理论探究,因此教师必须立足教材,钻研教材,分析学生,合理有效地进行教学设计。教学形式、教学方法不是固定的,依据不同教师的特点、不同班级的学生情况,都是可以改变的,教学有法,但无定法。

所有的教学设计只是教师对学生课堂的可能情况进行的预设,而课堂是一个动态的过程,是学生的认知发展场,更是学生的生命发展场。这个过程中会有很多生成性资源,教师要运用思维去引领思维,用智慧去激发智慧。作为一个青年教师,还没有足够的历练去有效地运用各种课堂生成资源,将课堂变成师生共同进步的场所。我想除了钻研教材、教法、学生,更应该站在生命发展的广度上去钻研教学,站在这个讲台上,我们的道路还很长。

(作者单位:南京师范大学附属中学)

一、引入过程

通过生活中的现象加深学生对动能的感知,投影图片:子弹穿过苹果、洪水冲坏房屋和狂风吹翻雨伞,如图1、图2、图3。

师:生活中我们能感受到下面的情况,物体由于运动而具有能量,这样的能量我们称为“动能”。投影:动能定义:物体由于运动而具有的能量。

(设计意图:从学生对动能的感受出发,得出动能的定义,并进一步进行研究。)

二、探究动能的表达式

师:对于动能我们有粗浅的认识,可能和哪些因素有关?

生:质量、速度。质量越大,动能越大;速度越大,动能越大。

师:但动能与速度的一次方成正比呢,还是与速度的二次方成正比呢?或者与速度之间有更复杂的函数关系呢?你打算怎样探究?

生实验探究,理论探究。

师:力对物体做功改变物体的动能,力对物体做功会改变它的速度。为此在上一节内容中通过“功”这个桥梁把动能和速度连接起来,探究它们的定量关系。某位同学以牵引力对小车做功为纵坐标,以小车获得速度为横坐标得到图4。

观察发现功和速度之间的关系无法从图像中直接得出结论,另一位同学又以牵引力对小车做功为纵坐标,以小车获得速度的平方为横坐标得到图5。

(设计意图:回顾上一节内容“探究功与速度变化的关系”,进一步让学生理清为什么要研究功与速度的关系,目的是研究动能与速度的关系。同时利用实验得到的结论,进一步用半定量的方法探究动能表达式。)

生:外力做的总功。

师:我们把刚刚得到的结论称为“动能定理”。投影:动能定理(1)内容:合力在一个过程中对物体所做的功,等于物体在这个过程中动能的变化。(2)表达式:W=Ek2-Ek1。

师:W为总功,Ek2为末动能,Ek1为初动能,Ek2-Ek1为动能的变化量。

师:力对物体做功可正可负,当外力对物体做的总功为正功时,物体动能怎么变?若为负功呢?

生:外力对物体做的总功为正功时,物体动能增加;外力对物体做的总功为负功时,物体动能减少。

(设计意图:通过刚刚的理论推导进行外延,从而使学生理解W为外力对物体做的总功,并建立动能定理,理解外力做功与物体的动能的关系。)

四、应用动能定理的建立

引导学生分别用牛顿第二定律和动能定理解题,从而比较二者的优缺点。在不涉及加速度、时间时,用动能定理解题较为简便。并进一步总结应用动能定理解题的步骤:①明确研究对象和运动过程;②受力分析,确定各个力做功的情况;③明确初末态动能;④列方程求解。

(2)如图12,若撤去外力F时物体离桌边距离S=0.25m,求物体离开桌边时的速度v2。

引导学生分析总结在多过程问题中动能定理也适用,并进一步比较全过程动能定理和牛顿第二定律的优缺点。

(3)如图13,若已知桌高h=1.25m,物体以速度v2做平抛,求物体落地时的速度v3大小。

引导学生分析总结,得出在曲线运动中,动能定理也适用,且更加简便。

(4)如图14,若物体落到和地面等高处,无能量损失地进入光滑轨道,设在轨道连接处无能量损失。求物体可以上冲距地面的最大高度h2。

思考:1.在变力做功的情况下还适用吗?2.做功的过程是能量转化或者转移的过程,上述例题中,阻力做功,物体的动能去哪儿了?

(设计意图:为下节进一步应用动能定理解题进行铺垫,并渗透“能量守恒”的概念。)

【教学反思】

人教版教材中,“动能和动能定理”这节内容位于“探究功与速度变化的关系”与“机械能守恒定律”之间。本节内容是前一节实验探究的延续,因此本节课从上节的实验结论入手,研究动能和哪些因素有关,分别沿着定性、半定量、定量,从实验探究到理论探究的路线,通过与重力势能、弹性势能定义式的得出进行类比,依据功是能量转化的量度,得出动能的表达式和动能定理,并运用动能定理解决简单的问题。本节内容在教材中的地位是承前启后,为接下来学习机械能守恒定律和能量守恒定律打下基础。

学生的认知构成可以分为现有知识构成和最近发展区两部分,无论怎样的教学设计,都要从学生现有认知水平出发,设计位于学生最近发展区的问题,使学生能“跳一跳,够得到”。因而本节课在问题设计上有层层递进的问题串,也有发散的问题树。

物理学科虽然是以实验为基础的学科,但不是所有的问题都要有实验的。在本节课的教学中很多教师采用了实验探究:功的测量或者用量化的方法,或者准确利用公式进行计算;速度的测量采用了打点计时器、光电门等仪器。然而这些内容都是上节“探究功与速度变化的关系”中需要完成的,本节的重点是理论探究,因此教师必须立足教材,钻研教材,分析学生,合理有效地进行教学设计。教学形式、教学方法不是固定的,依据不同教师的特点、不同班级的学生情况,都是可以改变的,教学有法,但无定法。

所有的教学设计只是教师对学生课堂的可能情况进行的预设,而课堂是一个动态的过程,是学生的认知发展场,更是学生的生命发展场。这个过程中会有很多生成性资源,教师要运用思维去引领思维,用智慧去激发智慧。作为一个青年教师,还没有足够的历练去有效地运用各种课堂生成资源,将课堂变成师生共同进步的场所。我想除了钻研教材、教法、学生,更应该站在生命发展的广度上去钻研教学,站在这个讲台上,我们的道路还很长。

(作者单位:南京师范大学附属中学)

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