同課異構(gòu)之我見

◆葉 奇

(溫州市第二十二中學(xué))

同課異構(gòu)之我見

◆葉 奇

(溫州市第二十二中學(xué))

一、教學(xué)背景

“探究功與速度變化的關(guān)系”是人教版新教材第七章第六節(jié)內(nèi)容。新教材引入該節(jié)內(nèi)容的目的是給學(xué)生增加探究與體驗(yàn)的機(jī)會(huì),提高理論聯(lián)系實(shí)際的水平。本節(jié)內(nèi)容也為下一節(jié)“動(dòng)能和動(dòng)能定理”的理論推導(dǎo)奠定了一個(gè)認(rèn)識(shí)基礎(chǔ),學(xué)生在學(xué)習(xí)動(dòng)能定理后能比較深刻地認(rèn)識(shí)動(dòng)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(xué)過程中要積極創(chuàng)造條件,讓學(xué)生親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的過程。

二、主題思想

教材的實(shí)驗(yàn)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(duì)小車的功無法用現(xiàn)成的公式進(jìn)行計(jì)算。實(shí)驗(yàn)的精妙之處就在于巧妙地回避了變力功的計(jì)算。因?yàn)槿绻粭l橡皮筋對(duì)小車做功為W時(shí),則兩條橡皮筋對(duì)小車做的功就是2W,三條橡皮筋對(duì)小車做功為 3W,依次類推,各次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小車的功都可以用W的倍數(shù)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(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)出。進(jìn)行多次測(cè)量可以得到若干組功和速度的數(shù)據(jù),利用圖象法處理數(shù)據(jù)得出功與速度的定量關(guān)系。這種處理方法,把不便于用公式進(jìn)行計(jì)算的橡皮筋對(duì)小車彈力的功轉(zhuǎn)化為用橡皮筋的條數(shù)替代,這是一種很好的思維方法,也符合中學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。但是,由于引起實(shí)驗(yàn)誤差的因素太多,使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果很不理想,很少有學(xué)生得出正確的定量關(guān)系,教學(xué)效果大打折扣。因此,本人在第二個(gè)班級(jí)的教學(xué)中采用了另一種實(shí)驗(yàn)方案,用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄重錘自由下落的運(yùn)動(dòng)情況,選取紙帶上某幾個(gè)清晰的點(diǎn)做為計(jì)數(shù)點(diǎn),測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)到初始位置的距離 h并算出對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)過程中記錄若干組對(duì)應(yīng)的 h和 v,同樣利用圖象法處理數(shù)據(jù)得出功與速度的定量關(guān)系。這種處理方法,對(duì)思維的要求較低,但是需要測(cè)量物理量 h,看似煩瑣,但其優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度大大提高了,絕大多數(shù)的學(xué)生都能得出正確的定量關(guān)系,教學(xué)效果比前種方案好了很多。

三、教學(xué)過程

實(shí)驗(yàn)方案一:

[師]開門見山地指出本實(shí)驗(yàn)的目的是探究合外力做功跟物體速度變化的關(guān)系,需要測(cè)量的物理量有W和 v,采用教材給出的方案探究。要求學(xué)生設(shè)計(jì)探究思路。

[生]沉默 、思考

能大致看懂教材的實(shí)驗(yàn)方案,但對(duì)其探究思路迷惑不解。

[師]為了幫助學(xué)生深刻理解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路,設(shè)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(zhǎng)量的關(guān)系也不嚴(yán)格遵守胡克定律,如何計(jì)算橡皮筋所做的功?

[生]思考并根據(jù)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(lián) 4條、5條……橡皮筋,且拉伸的長(zhǎng)度都一樣,所做的功為 4W、5W……

[師]問題 2:要得到上述推論,對(duì)橡皮筋有什么要求?(啟發(fā))

[生]橡皮筋應(yīng)完全相同且并聯(lián)起來栓到小車上拉小車;每次實(shí)驗(yàn)時(shí)每條橡皮筋的伸長(zhǎng)量都和第一次的伸長(zhǎng)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(shù)學(xué)生沉默,個(gè)別學(xué)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(dá)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(gè)階段的速度?為什么?

[生]有學(xué)生回答加速階段的速度,也有學(xué)生回答勻速階段的速度。

[師 ]引導(dǎo)學(xué)生討論“為什么”后,總結(jié):應(yīng)取橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)的速度即勻速階段的速度。并要求學(xué)生根據(jù)上面一連串問題的答案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟,探究彈力做功與速度變化的關(guān)系。

[生]分組實(shí)驗(yàn)

……

[師]巡回指導(dǎo)

……

引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與處理,選取幾組操作較規(guī)范學(xué)生的數(shù)據(jù)用Excel軟件進(jìn)行處理,通過電腦擬合畫出功與速度變化之間的關(guān)系圖。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果很不理想,無法得出功與速度變化的定量關(guān)系。教師只能告訴學(xué)生正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,并進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)誤差分析,探究減少誤差的方法等。

……

實(shí)驗(yàn)方案二:

[師]給出實(shí)驗(yàn)器材:電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、重錘、紙帶、鐵架臺(tái)、直尺、鉛筆等。讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn),探究合外力做功與物體速度變化的關(guān)系。

要求:①構(gòu)思實(shí)驗(yàn)方案;②說明操作方法、測(cè)量方法以及需要測(cè)量的數(shù)據(jù);③說明探究功與速度變化關(guān)系的方法。

[生]思考、討論 ,舉手回答

[師]逐一點(diǎn)評(píng)學(xué)生的回答,進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出合理的設(shè)計(jì)思路。

[生]總結(jié)如下:

①設(shè)計(jì)如右圖所示的實(shí)驗(yàn):

②將紙帶固定在重錘上,讓紙帶穿過電火花計(jì)時(shí)器,先用手提著紙帶,使重錘靜止在靠近計(jì)時(shí)器的地方,然后接通電源松開紙帶,讓重錘自由下落,計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn),取 A、B、C、D、E五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),測(cè)量每個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離 h并計(jì)算出對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度 v,設(shè)計(jì)表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

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(guān)系就能準(zhǔn)確反映功與速度變化的定量關(guān)系。建立直角坐標(biāo)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(guān)系。

[師]要求學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。

[生]分組實(shí)驗(yàn)

……

[師]巡回指導(dǎo)

……

選取某組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如右圖所示,用 Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,得出對(duì)應(yīng)的 v2,v3,v數(shù)據(jù),并通過電腦擬合數(shù)據(jù)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(shí)驗(yàn)結(jié)論正確,W=hv2

四、教學(xué)反思

兩種實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差很大,但其思維方法非常巧妙,高中階段的學(xué)生就應(yīng)多進(jìn)行這方面的鍛煉,這將有利于他們今后的創(chuàng)新發(fā)展。第二種方案,設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)而易懂,并不新穎,但其實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度很高,學(xué)生能夠通過探究實(shí)驗(yàn)自己總結(jié)出功與速度變化的定量關(guān)系,教學(xué)效果十分顯著。若能在教學(xué)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(guān)系,得出正確結(jié)論,再利用第一種方案進(jìn)行思維訓(xùn)練,培養(yǎng)創(chuàng)新能力。但在教學(xué)過程中要合理把握時(shí)間,使教學(xué)效果達(dá)到最好。