课题案例：对《动能定理》一节的探究性教学设计

安徽省桐城中学   彭荣斌

教材分析：动能定理是力学中最重要的规律之一，它的应用贯穿于以后的许多章节，但该节内容又是学生第一次定量的研究能量，所以本节要求学生通过做功转化成其它能量的数学描述，了解动能的概念。

学情分析：初中时学生已学过了动能的初步知识，这为本节教学奠定了一定的基础，在此基础上，进一步了解物体的动能与物体的质量和速度的定量关系，为实验探究外力做功与物体动能变化的定量关系做好铺垫。

教学目标：

1、知识目标：掌握动能的概念，会利用实验探究认识外力做功与动能的变化关系。

2、能力目标：通过实验探究，锻炼学生的动手操作能力，培养学生对实验原理和方法的迁移能力和利用已知知识解决实际问题的能力。

3、情感目标：在学生讨论与交流的基础上组织学生进行探究性实验，通过实际操作、数据记录、数据处理等培养学生利用实验解决物理问题的能力，激发学生学习物理的兴趣。

教学重点：建立动能的概念，实验探究外力做功与物体动能变化的定量关系，为理论推导动能定理奠定实验基础。

教学难点：实验探究外力（重力）做功与物体动能变化的定量关系。

教学手段：通过分组实验落实探究性实验教学的过程与方法。

教学过程：

一、课前学案

知识：

1、动能：物体由于运动而具有的能，叫动能。

2、动能的大小：（m为物体的质量，v为物体的速度）。

可见，物体的动能跟物体的质量和速度有关。m越大E_k越大；v越大E_k越大。

问题：

1、自由落体运动物体动能如何变化？其原因是什么？

2、自由落体运动的物体，重力所做的功W_G与其动能的变化量ΔE_k有何关系？

3、你能否利用下面提供的器材设计一个实验来探究一下重力所做的功与动能的变化量的关系？提供的器材有：电火花式打点计时器、纸带、重锤、刻度尺。

4、如何设计实验？为什么这样设计？

5、需要测量和记录哪些数据？请设计一个记录实验数据的表格。

6、如何利用实验数据计算重力所做的功W_G和动能的变化量ΔE_k？

7、如何正确处理实验数据？请设计一个数据处理结果的表格。

8、请发挥你的想象，猜测一下实验的结果是什么？

二、教学活动

活动1、师生互动初步解决课前学案中的相关问题。

过渡：为了研究方便，以自由落体运动中的重力做功为例，研究重力所做的功与物体动能改变量之间的定量关系。你能否根据已有的知识对这种关系作出猜想，并设计一个实验来验证你的猜想？

活动2、实验探究：外力（重力）对物体所做的功与物体动能的变化关系

A、提供的实验器材有：电火花式打点计时器、纸带、重锤，刻度尺。

B、请同学们根据已有的知识，结合提供的实验器材，在小组讨论的基础上，写出你们的实验方案。讨论时请围绕下列问题进行：

（1）如何设计实验方案？（实验结束后叫学生上台演示其实验操作过程）

活动3、师生探讨：将打点计时器侧放于桌面上，使限位孔伸出桌面外，将夹有重锤的纸带从下向上穿过限位孔，用手压住打点计时器，另一手握住纸带的上端，使纸带竖直，重锤紧靠在下边的限位孔处，开启电源使打点计时器工作，然后放手，使纸带在重锤的带动下自由下落。可以看到，打点计时器在纸带上打下了一系列点，利用打了点的纸带来计算重力所做的功W_G与动能变化量ΔE_k的定量关系。

（2）如何计算重力所做的功W_G和动能的变化量ΔE_k？

活动4、学生活动交流合作探讨数据处理方法：在纸带上取两个合适的点（如下图纸带上的B点和E点），用刻度尺测出这两点间的距离s_BE，W_G＝mgs_BE，采用求平均速度的方法求出打点计时器打B、E两点时，重锤的速度v_B和v_E，再根据动能的计算式计算在B、E两点时的动能及其动能的差值ΔE_k。

（3）需要测量和记录哪些实验数据？（实验后让学生用图示方式板书出来）

（4）如何设计记录数据的表格？（学生板书并填入实验记录的数据）

3、操作实验，测量和记录实验数据。

4、数据处理表格（学生板书并填入数据处理结果）。

5、处理实验数据，得出实验结论。

学生活动：通过数据处理可知：重力所做的功W_G与物体动能的改变量ΔE_k，在误差允许的范围内是相等的。

6、结论推广：合外力对物体所做的功等于物体动能的增量即：W_合＝ΔE_k＝E_k2－E_k1

说明：上面的表达式是物理学中一个非常重要的定理————动能定理。

三、课后学案

1、实验改进：你是否想到了其它实验方法？

2、注意事项：实验中有哪些因素可能影响实验结果？你打算如何控制这些因素？为了减小实验误差，实验中应注意哪些问题？

3、理论推导：请根据牛顿运动定律和运动学知识从理论上推导动能定理。

教学反思：

“探究型教学法”力图让学生在学习知识的同时发展学生的思维能力和创新能力，为学生智能的锻炼与开发创造良好的条件。在实际操作中，由于学生个体存在差异，学生设计的实验方案不够完美，甚至是错误的。如：学生不会从减小摩擦的角度来考虑如何放置打点计时器，有些学生受《测定匀变速直线运动物体的加速度》实验的影响，把打点计时器平放在桌面上：有些学生没有从稳定性的角度加以考虑，不是把打点计时器侧放在桌面上，而是用手。但由于每个学生都积极参与了建立物理规律的全过程，付出过艰辛的劳动，所以同学们对整个过程十分熟悉，感到自然真切，对所得结论理解透彻，记忆持久，运用自如，尤其是变被动地接受知识为主动去探究新知。其兴趣、注意力和科学态度就在无意识中得到增强。

当然，不是每节课都必须这么做，教师应根据内容的特点灵活选用，若能每章安排一、二次“探究型教学课”引导学生去探索，对活跃课堂气氛，培养学生学习物理的兴趣，提高学生的实验能力，思维能力，创新能力，协作精神和学习效果确有极大好处。