人教版高中物理必修2《功》探究性教学设计

1、人教版高中物理必修2功探究性教学设计教学设计思路：突出高中物理探究教学的理念。在前期分析（包括学习需要、学习任务、学习者、学习背景分析）的基础上制定教学目标，选择和设计教学策略，进行教学设计方案的形成性评价。整个课堂教学的设计在梅耶学习信息加工模型的基础上策划，促进学生的有效学习。教学过程遵循六步三阶段模型，即有解决新知识的理解问题，又有代表知识的巩固或转化阶段，最后有知识的应用阶段，且之间并非独立，而是相互交融在一起，充分利用学生原有的知识基础，有效地激励学生的学习动机。在“选择和设计教学策略”环节中，主要突出了探究性学习方式的设计。对于课题的引入，采用情境学习，并沿着初中物理的思路，强调功

2、与能量变化的联系，强调做功的两个要素。对于功的计算公式的理解，主要采用探究和合作学习方式，以使学生理解公式所反映的物理意义。借助媒体对于所讨论的问题建立明确的、动态的物理图像，帮助学生把实际情景中蕴含的科学概念和规律抽象出来，而不仅仅只是记住一些条文与公式。1学习任务分析本文课题“功”是人民教育出版社出版的物理必修2（普通高中课程标准实验教科书）第一章第二节的内容。“功”主要包括：做功两个不可缺少的因素和功的计算公式。“功”是本章中非常重要的一节，为后期的学习奠定了基础。就本章的知识结构而言，“功”是为进一步得出“能”这个更为广泛、更为重要的概念服务的。根据加涅的学习结果分类理论，“功”属于“

3、智慧技能”，特别是对功计算公式的理解，如正负功的物理意义、变力做功的求解策略等，学生无法通过接受式的学习而习得；但在同时，根据该任务的结构特点，以及学生在已有知识和“追寻守恒量”的习得中对上述内容的学习已有一定的知识和经验基础，经过努力是能达到主动建构的，此外还能得到许多接受式学习无法给予的体验，故能采用探究式教学方式。（1）教学重点明确引入功概念的物理意义，掌握功大小的计算；能理解正功和负功的意义。（2）教学难点 对正功和负功物理意义的理解2学习者分析学习者是高中一年级的学生，学生已从科普读物中或多或少地了解了有关能量的初步知识，通过初中的学习，对功已有了一定的认知基础，知道在自然界中存在各

4、种形式的能量，各种形式的能量通过做功的方式会发生转化，并通过前面一节“追寻守恒量”的学习，对功与能的关系有了进一步的了解，且对生活、生产与科技中的功能问题比较感兴趣，通过必修1的学习，已具备开展探究学习和合作学习的初步能力。但是关于探究的过程设计、探究结论的得出等方面，对学生而言还有一定的难度，因此，从学生的认知能力看，本节内容处于学生学习的“最近发展区”。3教学目标（1）知识与技能知道功的定义，能表述机械功的两个要素；会应用功的计算公式，明确公式中各物理量的含义，知道功的单位；知道功是标量，理解正功和负功的含义。（2）过程和方法体验探究的学习过程，学会用科学探究的方法研究物理问题；学习变力做

5、功求解的一般思维方法，会应用微元法分析问题。（3）情感态度与价值观在学习、理解功的概念和计算功的数值的过程中，培养科学、严谨的研究态度；看待一个问题应该通过现象看本质，认识探究在自然规律的发现中所占的地位。4教学准备投影仪、视频材料、水桶和水、弹簧、木板、木块、钩码5教学过程分析（1）具体的教学过程【导入新课】复习引入：举例说明什么是做功，做功的过程需满足什么条件。如起重机提起货物时，起重机钢绳拉力对货物做了功；机车牵引列车前进，机车的牵引力对列车做了功，等等。（强调做功是指谁对谁做功及做功过程中能的转化）媒体展示：观看举重运动员夺冠的录像片段。提问：说明举重运动员在哪个阶段做功？举起后直至2

6、盏白灯亮起，此过程中运动员是否做功？第一个例子中，如果起重机提着货物水平运动，拉力是否做功？第二个例子中，汽车的重力是否做功？地面对汽车的支持力是否做功？通过学生举例的过程，使学生逐渐回忆起在初中学习过的做功的两个不可缺少的因素，即力和物体在力的方向上的位移。做功的力和位移在同一方向时，如图1所示，功的公式为wfl。如果力与位移的夹角是90，如图2所示，则力对物体不做功。图2lf图1lf【新课教学】1）功的要素和功的计算公式的导出新情景：如果力f与位移l的夹角不是0也不是90，而是任意的角度，力对物体是否做功？呈现矛盾冲突，并展开以四至六人为小组的探究活动。图4fl1ll2图3f2ff1l探究

7、成果展示：当力的方向与物体位移的方向成某一角度时，可以将力f沿位移l的方向和垂直于位移l的方向分解为两个分力f1、f2，如图3所示。其中，分力f2与位移l垂直，做功为零。因此力f对物体所做的功等于分力f1对物体所做的功，即w=f1l=(fcos)l=flcos。也可以分解位移，将位移l沿力f的方向和垂直于力f的方向分解为两个分位移l1、l2，如图4所示。l2方向上没有作用力，因此力f对物体所做的功为w=fl1=f(l cos)=flcos。小组点评：将不熟悉的问题转化为已有知识进行分析是问题突破的关键。两种方法异曲同工，由此我们可以得到功计算的公式：w=flcos。2）功的计算公式的理解a在国

8、际单位制中，功的单位是焦耳，简称焦，国际符号是j。1j就是1n的力使物体在力的方向上发生1m位移所做的功。即：1j=1nm功是标量，只有大小，没有方向。例如：在光滑水平面上，物体受两个沿水平方向互相垂直的大小分别为3n和4n的恒力，从静止开始运动10m，求每个力做的功和合力做的总功。探究成果展示：合力n，合力方向即合位移方向，容易求得与3n的力夹角为53，与4n的力夹角为37，所以w1f1scos1310cos53j18j，w2f2scos2410cos37j32j，w合510cos050jw1w2。可见，功的合成不符合平行四边形定则。b要点提示：值得注意的是此公式只适用于恒力做功。图5例如：

9、如图5所示，被压缩的弹簧将物体弹出的过程中，弹力所做的功，就是变力做功，力f的大小时刻在变化，这时w=flcos就不适用了。c演示：弹簧秤竖直向上匀速拉钩码发生20cm的位移，分别为慢速拉和快速拉，对比两次过程中弹力所做的功。提示：做功的多少跟物体是做匀速直线运动还是做变速运动无关，应抛开干扰因素。如果以1n的拉力提升20cm，但两次拉的分别是一个钩码和两个钩码，拉力做的功又如何？学生归纳：某个力做功，只与该力的大小、位移的大小、力和位移的夹角的余弦有关。d探究课本第5页的图5.2-5和图5.2-6，即探究正负功的物理意义。公式中各字母的正负取值：f和l分别指“力的大小”和“位移的大小”，即公

10、式中f和l恒取正值。公式可写作wflcos。w是可正可负的。从公式容易看出，w的正负完全决定于cos的正负，也就是的大小。不过w的正负并不表示功有方向。cos0意味着力f对物体产生位移有一定的贡献，即该力为动力。cos0时，力f对物体产生的位移起着阻碍作用，即力为阻力，所做的功是负功。这时，物体要继续产生位移，必须克服力f的阻碍。力f对物体做负功，也可以表达为物体克服力f做功。探究小结：从力的效果而言，做功的正或负分别表示动力或阻力做功；从功能关系而言，功的正或负分别表示物体能量的增或减。不能说“正功和负功方向相反”，也不能说“正功大于负功”。公式中的是指力和位移这两个矢量的箭头所指方向之间的

11、夹角，不是延长线之间的夹角，也不一定等于所给问题中某一个以命名的角。e合力做功的求解，在前面探究“功是标量”中，已探究得出合力做功的两种求解方法。计算几个力的总功，也可是说是求解这几个力的合力所做的功。所以一般有两种求解方法。方法一：若用w1、w2、wn分别表示力f1、f2、fn所做的功，则这些力所做的总功w合=w1+w2+w3+wn。方法二：先求这几个力的合力，再求合力所做的功。即w合=f合lcos。f借鉴对匀变速运动位移的研究，试探究以下问题：用水平拉力拉着木块，沿半径为的水平圆轨道匀速运动一周，如图6所示。已知木块的质量为，木块与轨道间的动摩擦因数为。探究此过程中摩擦力所做的功。演示：弹

12、簧以恒定大小的外力水平拉着木块在方木板上运动。图6rf探究小结：对于变力所做的功，可采用微元法分段处理，求出每一段上（转换为恒力）该力所做的功，再求各段上功的代数和。图7bas3060在某些问题中，我们还可以通过转换研究对象的方法，将变力所做的功转化为恒力做功问题加以处理。例如，如图7所示，人拉着细绳的一端由a走到b，使质量为m的物体匀速上升。已知a、b两点间的水平距离为s，细绳与水平方向的夹角已在图中标出，不计滑轮的摩擦。人的拉力应沿细绳拉伸的方向，在此过程中拉力是个变力，需设法转换研究对象，以转换为恒力的功计算。通过研究可以发现，人的拉力所做的功等于细绳拉力对物体所做的功。【课堂小结】教师

13、和学生一起完成本节课的总结。【形成性练习】 用水平恒力f作用于质量为m的物体上，使之在光滑的水平面上沿力的方向移动距离l，恒力做功为w1，再用该恒力作用于质量为m（mw2 bw1 w2 cw1= w2 d无法判断图8 如图8所示，在一恒力的作用下，质量为m的物体沿着长为l、倾角为的斜面一端向上匀速滑到另一端，物体与斜面间的动摩擦因数为，求作用在物体上的每一个力对物体所作的功，及合力做的功。 以一定的初速度竖直向上抛出一个小球，小球上升的最大高度为h，空气阻力的大小恒为f，则从抛出至回到原出发点的过程中，空气阻力对小球做的功为（ ）a零 b-fhc-2fh d-4fh图9ansnsb 如图9所示

14、，两个用条形磁铁做成的小车a和b，原来静止放置在光滑的水平面上。现从静止开始同时释放它们，分析以后过程中它们之间的相互作用力做功的情况？ 课后探究性任务从图书馆、互联网等搜寻功概念的发展史，就功与能的关系做出合理的解释，并举例。是返回相应的教学环节录像 举重运动员夺冠实例1 起重机提起货物实例2 机车牵引列车功的单位如果力f与位移l的夹角是任意的角度，力对物体是否做功？回顾：做功的两个因素探究：功的公式分解位移l分解力f分析：做功与能的关系对功的计算公式的理解探究：功是标量讨论：适用条件探究：正负功的意义归纳：合力做功的求解探究：变力做功归纳归纳归纳教师判断学习任务完成的情况形成性练习结束开始评价与反馈否（2）教学流程图6教