同課異構之我見

◆葉 奇

(溫州市第二十二中學)

同課異構之我見

◆葉 奇

(溫州市第二十二中學)

一、教學背景

“探究功與速度變化的關系”是人教版新教材第七章第六節內容。新教材引入該節內容的目的是給學生增加探究與體驗的機會,提高理論聯系實際的水平。本節內容也為下一節“動能和動能定理”的理論推導奠定了一個認識基礎,學生在學習動能定理后能比較深刻地認識動能定理不僅在恒力做功的條件下成立,在變力做功的情況下也是成立的。教學過程中要積極創造條件,讓學生親身經歷實驗探究的過程。

二、主題思想

教材的實驗方案中,采用容易獲取的橡皮筋作為器材之一,由于橡皮筋的彈力是非線性變力,因而橡皮筋對小車的功無法用現成的公式進行計算。實驗的精妙之處就在于巧妙地回避了變力功的計算。因為如果一條橡皮筋對小車做功為W時,則兩條橡皮筋對小車做的功就是2W,三條橡皮筋對小車做功為 3W,依次類推,各次實驗中橡皮筋對小車的功都可以用W的倍數來表示,橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點計時器測出。進行多次測量可以得到若干組功和速度的數據,利用圖象法處理數據得出功與速度的定量關系。這種處理方法,把不便于用公式進行計算的橡皮筋對小車彈力的功轉化為用橡皮筋的條數替代,這是一種很好的思維方法,也符合中學生的認知特點。但是,由于引起實驗誤差的因素太多,使得實驗結果很不理想,很少有學生得出正確的定量關系,教學效果大打折扣。因此,本人在第二個班級的教學中采用了另一種實驗方案,用打點計時器記錄重錘自由下落的運動情況,選取紙帶上某幾個清晰的點做為計數點,測量計數點到初始位置的距離 h并算出對應計數點的速度 v,忽略重錘下落過程中所受的阻力,則mgh就是合外力的功。實驗過程中記錄若干組對應的 h和 v,同樣利用圖象法處理數據得出功與速度的定量關系。這種處理方法,對思維的要求較低,但是需要測量物理量 h,看似煩瑣,但其優點在于實驗結果的準確度大大提高了,絕大多數的學生都能得出正確的定量關系,教學效果比前種方案好了很多。

三、教學過程

實驗方案一:

[師]開門見山地指出本實驗的目的是探究合外力做功跟物體速度變化的關系,需要測量的物理量有W和 v,采用教材給出的方案探究。要求學生設計探究思路。

[生]沉默 、思考

能大致看懂教材的實驗方案,但對其探究思路迷惑不解。

[師]為了幫助學生深刻理解實驗的設計思路,設置了一連串的問題。

問題 1:橡皮筋的彈力是變力,且彈力與伸長量的關系也不嚴格遵守胡克定律,如何計算橡皮筋所做的功?

[生]思考并根據教材回答問題,第一次用 1條橡皮筋拉小車,做功為W;第二次用 2條橡皮筋拉小車,做功為 2W;第三次用 3條橡皮筋拉小車,做功為 3W,依次類推,并聯 4條、5條……橡皮筋,且拉伸的長度都一樣,所做的功為 4W、5W……

[師]問題 2:要得到上述推論,對橡皮筋有什么要求?(啟發)

[生]橡皮筋應完全相同且并聯起來栓到小車上拉小車;每次實驗時每條橡皮筋的伸長量都和第一次的伸長量相同。

[師]問題 3:如何使橡皮筋拉力所做的功等于合外力做的功?

[生]大多數學生沉默,個別學生答出平衡摩擦力。把木板的一端墊高,使重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。

[師 ]問題 4:怎樣才算達到平衡摩擦力的目的?

[生]輕推小車后,使小車能在木板上拖著紙帶勻速下滑。

[師]問題 5:我們要取的速度是哪個階段的速度?為什么?

[生]有學生回答加速階段的速度,也有學生回答勻速階段的速度。

[師 ]引導學生討論“為什么”后,總結:應取橡皮筋恢復原長時的速度即勻速階段的速度。并要求學生根據上面一連串問題的答案設計實驗步驟,探究彈力做功與速度變化的關系。

[生]分組實驗

……

[師]巡回指導

……

引導學生進行數據的分析與處理,選取幾組操作較規范學生的數據用Excel軟件進行處理,通過電腦擬合畫出功與速度變化之間的關系圖。但實驗結果很不理想,無法得出功與速度變化的定量關系。教師只能告訴學生正確的實驗結論,并進一步引導學生進行實驗誤差分析,探究減少誤差的方法等。

……

實驗方案二:

[師]給出實驗器材:電火花打點計時器、重錘、紙帶、鐵架臺、直尺、鉛筆等。讓學生設計一個實驗,探究合外力做功與物體速度變化的關系。

要求:①構思實驗方案;②說明操作方法、測量方法以及需要測量的數據;③說明探究功與速度變化關系的方法。

[生]思考、討論 ,舉手回答

[師]逐一點評學生的回答,進一步引導學生總結出合理的設計思路。

[生]總結如下:

①設計如右圖所示的實驗:

②將紙帶固定在重錘上,讓紙帶穿過電火花計時器,先用手提著紙帶,使重錘靜止在靠近計時器的地方,然后接通電源松開紙帶,讓重錘自由下落,計時器就在紙帶上打下一系列小點,取 A、B、C、D、E五個計數點,測量每個計數點到O點的距離 h并計算出對應計數點的速度 v,設計表格記錄實驗數據。

③忽略重錘下落過程中所受的阻力,則W=mgh就是合外力的功。那么,距離 h與速度變化的定量關系就能準確反映功與速度變化的定量關系。建立直角坐標系,作出 h-v,h-v2,h-v3,h-v曲線,由圖象法求得功與速度變化的定量關系。

[師]要求學生根據設計思路進行探究實驗。

[生]分組實驗

……

[師]巡回指導

……

選取某組學生的實驗數據如右圖所示,用 Excel軟件進行數據處理,得出對應的 v2,v3,v數據,并通過電腦擬合數據畫出 h-v,h-v2,h-v3,h- v曲線。(圖略)

[生]由圖可知,功與速度的二次方成正比。

[師]實驗結論正確,W=hv2

四、教學反思

兩種實驗方案各有千秋,一種探究彈力做功,另一種探究重力做功。彈力屬于變力,重力則是恒力。第一種方案,雖然實驗結果誤差很大,但其思維方法非常巧妙,高中階段的學生就應多進行這方面的鍛煉,這將有利于他們今后的創新發展。第二種方案,設計思路簡而易懂,并不新穎,但其實驗結果的準確度很高,學生能夠通過探究實驗自己總結出功與速度變化的定量關系,教學效果十分顯著。若能在教學過程中將兩種方案合二為一,那就更為理想。先采用第二種方案探究定量關系,得出正確結論,再利用第一種方案進行思維訓練,培養創新能力。但在教學過程中要合理把握時間,使教學效果達到最好。