高中物理新課標(biāo)人教版必修優(yōu)秀教案77動能和動能定理

1、7 動能和動能定理整體設(shè)計動能定理是本章教學(xué)重點,也是整個力學(xué)的重點, 課程標(biāo)準(zhǔn) 要求 “ 探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系 .懂得動能和動能定理,用動能定懂得釋生活和生產(chǎn)中的現(xiàn)象” .因此,在實際教學(xué)中要留意全體同學(xué)的進展,轉(zhuǎn)變學(xué)科本位的觀念,留意科學(xué)探究, 提倡學(xué)習(xí)方式的多樣化、 強調(diào)過程和方法的學(xué)習(xí),以培育同學(xué)的 “創(chuàng)新意識、 創(chuàng)新精神和實踐才能” 為根本動身點,鼓勵同學(xué) “ 在教學(xué)過程中的主動學(xué)習(xí)和探究精神”,調(diào)動同學(xué)學(xué)習(xí)的主動性、積極性,促進其個性全面健康地進展和情感態(tài)度與價值觀的自我表達 . 在實際學(xué)習(xí)中同學(xué)對動能概念的懂得較為簡潔,能夠把握外力對物體做的功與物體動能的變化之間的定

2、性關(guān)系,能夠理論推導(dǎo)它們之間的定量關(guān)系,但真正從深層次懂得存在困難 .在前幾節(jié)的學(xué)習(xí)中,同學(xué)已經(jīng)建立了一種熟悉,那就是某個力對物體做功肯定對應(yīng)著某種能量形式的變化 .本節(jié)就來查找動能的表達式.由于有前幾節(jié)的基礎(chǔ),本節(jié)可以放手讓同學(xué)自己去推理和定義動能的表達式 .讓同學(xué)經(jīng)過感性熟悉到理性熟悉的過程,教學(xué)的起始要求不能太高,要循序漸進,從生活中眾多實例動身,通過分析、感受真正體驗動能定理的內(nèi)涵 .通過實例分析、試驗設(shè)計、器材挑選、動手操作、老師演示等環(huán)節(jié),讓每一位同學(xué)都積極參加課堂教學(xué),每一位同學(xué)都能享受勝利的歡樂 . 動能定理是一條適用范疇很廣的物理定理,但教材在推導(dǎo)這肯定理時,由一個恒力做功使

3、物體的動能變化,得出力在一個過程中所做的功等于物體在這個過程中動能的變化 .然后逐步擴大幾個力做功和變力做功及物體做曲線運動的情形 .這個梯度是很大的 ,為了幫忙同學(xué)真正懂得動能定理,老師可以設(shè)置一些詳細的問題,讓同學(xué)查找物體動能的變化與哪些力做功相對應(yīng) . 教學(xué)重點懂得動能的概念；會用動能的定義式進行運算 . 教學(xué)難點1.探究功與物體速度變化的關(guān)系,知道動能定理的適用范疇. 2.會推導(dǎo)動能定理的表達式. 課時支配1 課時三維目標(biāo)學(xué)問與技能1.懂得動能的概念 . 2.嫻熟運算物體的動能 . 3.會用動能定懂得決力學(xué)問題,把握用動能定懂得題的一般步驟 . 過程與方法1.運用演繹推導(dǎo)方式推導(dǎo)動能定

4、理的表達式,體會科學(xué)探究的方法 . 2.理論聯(lián)系實際,學(xué)習(xí)運用動能定理分析解決問題的方法 . 情感態(tài)度與價值觀1.通過演繹推理的過程,培育對科學(xué)爭論的愛好 . 2.通過對動能和動能定理的演繹推理,使同學(xué)從中領(lǐng)會到物理等自然學(xué)科中所包蘊的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)律關(guān)系,反映了自然界的真實美 . 教學(xué)過程導(dǎo)入新課視頻導(dǎo)入利用大屏幕投影展現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電與龍卷風(fēng)的視頻片斷,讓同學(xué)觀看、 自主提問、 分組探討 . 老師引導(dǎo)參考問題：1.風(fēng)力發(fā)電是一種重要的節(jié)能方法,風(fēng)力發(fā)電的效率與哪些因素有關(guān)？2.龍卷風(fēng)給人類帶來了極大的災(zāi)難,龍卷風(fēng)為什么具有那么大的能量呢？故事導(dǎo)入傳奇早在古希臘時期 公元前 200 多年 阿基米德曾經(jīng)利

5、用杠桿原理設(shè)計了投石機,它能將石塊不斷拋向空中,利用石塊墜落時的動能,打得敵軍頭破血流 . 同學(xué)們摸索一下, 為了提高這種裝置的殺傷力,應(yīng)當(dāng)從哪方面考慮來進一步改進？學(xué)習(xí)了本節(jié)動能和動能定理,就能夠懂得這種裝置的應(yīng)用原理 . 問題導(dǎo)入英國傳統(tǒng)跑車的代表品牌蓮花也是以制造小排量、車體極度輕量化的速度機器而著稱 .一輛蓮花 Elise, 排量只有 1.8 L ,由于重量只有 675 kg ,卻可以制造出百公里加速 5.9 s 的驚人紀(jì)錄 . 使蓮花跑車速度達到 100 km/h 需要對它做多少功？假如這一過程是以恒定的額定功率實現(xiàn)的,那么該車發(fā)動機的額定功率大約應(yīng)是多少？推動新課一、動能的表達式功

6、是能量轉(zhuǎn)化的量度,每一種力做功對應(yīng)一種能量形式的變化.重力做功對應(yīng)于重力勢能的變化, 彈簧彈力做功對應(yīng)于彈簧彈性勢能的變化,前幾節(jié)我們學(xué)習(xí)了重力勢能的基本內(nèi) 容. “追尋守恒量 ” 中,已經(jīng)知道物體由于運動而具有的能叫做動能,大家舉例說明哪些物體 具有動能 . 參案：奔騰的汽車、滾動的足球、搖擺的樹枝、投出的籃球等運動的物體都具有動能 . 老師引導(dǎo)：重力勢能的影響因素有物體的質(zhì)量和高度,今日我們學(xué)習(xí)的動能影響因素有哪 . 些？通過問題啟示同學(xué)探究動能的影響因素 同學(xué)摸索后總結(jié)：汽車運動得越快,具有的能量越多,應(yīng)當(dāng)與物體的速度有關(guān) ;相同的速度,載重貨車具有的能量要比小汽車具有的能量多,應(yīng)當(dāng)與物

7、體的質(zhì)量有關(guān) .即動能的影響因素 應(yīng)當(dāng)是物體的質(zhì)量和速度 . 問題：如何驗證物體的動能與物體的質(zhì)量和速度的關(guān)系？演示試驗：讓滑塊A 從光滑的導(dǎo)軌上滑下,與木塊B 相碰,推動木塊做功. . 1.讓同一滑塊從不同的高度滑下,可以看到： 高度大時滑塊把木塊推得遠,對木塊做的功多2.讓質(zhì)量不同的木塊從同一高度滑下,可以看到：質(zhì)量大的滑塊把木塊推得遠,對木塊做的 功多 . 師生總結(jié)：物體的質(zhì)量越大,速度越大,它的動能就越大 因素 . .即質(zhì)量、速度是動能的兩個影響問題：動能到底跟質(zhì)量和速度有什么定量的關(guān)系呢？動能的表達式是怎樣的？情形設(shè)置一：大屏幕投影問題一架飛機在牽引力的作用下（不計阻力）1.飛機的動

8、能如何變化？為什么？2.飛機的動能變化的緣由是什么？,在起飛跑道上加速運動,速度越來越大,問：3.牽引力對飛機所做的功與飛機動能的變化之間有什么關(guān)系？同學(xué)爭論并總結(jié)回答：1.在起飛過程中,飛機的動能越來越大,由于飛機的速度在不斷增大 . 2.由于牽引力對飛機做功,導(dǎo)致飛機的動能不斷增大 . 3.據(jù)功能關(guān)系： 牽引力做了多少功,飛機的動能就增大多少 .由于牽引力所做的功和動能變化之間的等量關(guān)系,我們可以依據(jù)做功的多少,來定量地確定動能 . 情形設(shè)置二：大屏幕投影問題,可設(shè)計如下抱負化的過程模型 : 設(shè)某物體的質(zhì)量為 m,在與運動方向相同的恒力 F 的作用下發(fā)生一段位移 l, 速度由 v1增加到

9、v 2,如下列圖 . 提出問題：1.力 F 對物體所做的功是多大？2.物體的加速度是多大？3.物體的初速度、末速度、位移之間有什么關(guān)系？4.結(jié)合上述三式你能綜合推導(dǎo)得到什么樣的式子？推導(dǎo)：這個過程中,力 F 所做的功為 W=Fl 依據(jù)牛頓其次定律 F=ma 2 22 2 v 2 v 1而 v 2 v 1 =2al,即 l=2 a2 2把 F、 l 的表達式代入 W=Fl, 可得 F 做的功 W= ma v 2 v 1 2 a也就是 W= 1 mv 2 2 1 mv 1 22 2依據(jù)推導(dǎo)過程老師重點提示：1. 1 mv2 是一個新的物理量 . 22. 1 mv 是物體末狀態(tài)的一個物理量,1 mv

10、 是物體初狀態(tài)的一個物理量 ,其差值正好等于2 2合力對物體做的功 .合力 F 所做的功等于這個物理量的變化,所以在物理學(xué)中就用這個物理量表示物體的動能 . 總結(jié)： 1.物體的動能等于物體質(zhì)量與物體速度的二次方的乘積的一半 . 2.動能的公式： Ek= 1 mv2. 23.動能的標(biāo)矢性：標(biāo)量 . 4.動能的單位：焦（J）. 老師引導(dǎo)同學(xué)分析動能具有瞬時性,是個狀態(tài)量： 對應(yīng)一個物體的質(zhì)量和速度就有一個動能的值 .引導(dǎo)同學(xué)學(xué)會從試驗現(xiàn)象中摸索分析,最終總結(jié)歸納出結(jié)論 .同時留意試驗方法 掌握變量法 . 例質(zhì)量為 2 kg 的石塊做自由落體運動,求石塊在第1 s 末、第 2 s 末的動能是多少？解

11、析： 先求出第 1 s 末和第 2 s 末的速度再求出動能值,明確變速運動的物體動能是時刻變化的 . v1=gt 1=101 m/s=10 m/s,v 2=gt 2=102 m/s=20 m/s Ek1= 1 mv12=100 J,Ek2= 1 mv22=400 J. 2 2答案： 100 J 400 J 或者先求出石塊 1 s 內(nèi)和 2 s 內(nèi)的位移,再確定重力做功的對應(yīng)值,重力做功的值就是石塊動能的增加量,即石塊的動能值 （由于石塊的初動能為 0）,從而進一步懂得功是能量轉(zhuǎn)化的量度 . 二、動能定理課件展現(xiàn)： 通過大屏幕投影展現(xiàn)足球運動員踢球的場面,讓同學(xué)觀看, 運動員用力將足球踢出,足球

12、獲得了動能；足球在草地上由于受到了阻力的作用,速度越來越小, 動能越來越小 . 問題： 1.如外力對物體做功,該物體的動能總會增加嗎？2.假如物體對外做功,該物體的動能總會削減嗎？做功與動能的轉(zhuǎn)變之間到底有什么關(guān)系呢？推導(dǎo)：將剛才推導(dǎo)動能公式的例子改動一下：假設(shè)物體原先就具有速度 v1,且水平面存在摩擦力 f,在外力 F 作用下,經(jīng)過一段位移s,速度達到v2,如圖,就此過程中,外力做功與動能間又存在什么關(guān)系呢？外力 F 做功： W 1=Fs 摩擦力 f 做功： W 2=-fs 2 2外力做的總功為 :W 總=Fs-fs=mav 2 v 1 1mv 2 2 1mv 1 2=E k2-E k1=

13、Ek. 2 a 2 2師生總結(jié)：外力對物體做的總功等于物體在這一運動過程中動能的增量 .其中 F 與物體運動同向,它做的功使物體動能增大；f 與物體運動反向,它做的功使物體動能削減 .它們共同作用的結(jié)果,導(dǎo)致了物體動能的變化.同學(xué)依據(jù)課本供應(yīng)的問題情形,運用牛頓其次定律和運動學(xué)公式獨立推導(dǎo)出外力做功與物體動能變化的關(guān)系 . 思維拓展將上述問題再推廣一步：: 如物體同時受幾個方向任意的外力作用,情形又如何呢？引導(dǎo)同學(xué)推導(dǎo)出正確結(jié)論并板書力在一個過程中對物體所做的功,等于物體在這個過程中動能的變化,這個結(jié)論叫動能定理 .用 W 總表示外力對物體做的總功,用 Ek1 表示物體初態(tài)的動能,用 Ek2

14、表示末態(tài)動能,就動能定理表示為：W 總=Ek2-Ek1= Ek. 分組爭論：依據(jù)動能定理的表達形式,提出以下問題,加強對動能定理表達式的懂得 : 1.當(dāng)合力對物體做正功時,物體動能如何變化？2.當(dāng)合力對物體做負功時,物體動能如何變化？同學(xué)總結(jié)分析：1.當(dāng)合力對物體做正功時,末動能大于初動能,動能增加 . 2.當(dāng)合力對物體做負功時,末動能小于初動能,動能削減 . 學(xué)問拓展1.外力對物體做的總功的懂得有的力促進物體運動,而有的力就阻礙物體運動.因此它們做的功就有正、負之分,總功指的是各外力做功的代數(shù)和；又由于 W 總=W 1+W 2+ =F1s+F2 s+ =F 合s,所以總功也可懂得為合外力的功

15、 . 2.對動能定理標(biāo)量性的熟悉定理中各項均為標(biāo)量,因此單純速度方向轉(zhuǎn)變不影響動能大小.如勻速圓周運動過程中,合外力方向指向圓心,與位移方向始終保持垂直,所以合外力做功為零,動能變化亦為零,并不因速度方向轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變 . 3.對定理中 “變化 ”一詞的懂得由于外力做功可正、可負,因此物體在一運動過程中動能可增加,也可能削減 .因而定理中 “變化 ” 一詞,并不表示動能肯定增大,它的準(zhǔn)確含義為末態(tài)與初態(tài)的動能差,或稱為 “ 改變量 ” ,數(shù)值可正,可負 . 4.對狀態(tài)與過程關(guān)系的懂得功是相伴一個物理過程而產(chǎn)生的,是過程量；而動能是狀態(tài)量 等于狀態(tài)量的轉(zhuǎn)變量的關(guān)系 . .動能定理表示了過程量5.對適

16、用條件的懂得：動能定理的表達式是在物體受恒力作用且做直線運動的情形下得出的,但對于外力是變力,物體做曲線運動的情形同樣適用 . 例 2 一架噴氣式飛機,質(zhì)量 m=5.0 103kg ,起飛過程中從靜止開頭滑跑 .當(dāng)位移達到l=5.3102 m 時,速度達到起飛速度 v=60 m/s. 在此過程中飛機受到的平均阻力是飛機重力的0.02 倍.求飛機受到的牽引力 . 解法一：以飛機為爭論對象,它做勻加速直線運動且受到重力、支持力、牽引力和阻力作用F合=F-kmg=ma 310 N+5 10322N=1.8 104 N. 又 v2-02=2al,所以 a=v22 l由和得 :F-kmg=mv26022

17、 lF=kmg+mv2=0.02 5102 l5.310解法二：以飛機為爭論對象,它受到重力、支持力、牽引力和阻力作用,這四個力做的功分別為 W G=0,W 支=0,W 牽=Fl ,W 阻=-kmgl. 據(jù)動能定理得：Fl-kmgl= 1 mv2,代入數(shù)據(jù),解得2F=1.8 10 4 N. 方法比較： 解法一是用牛頓其次定律和勻變速直線運動的公式求解的,而解法二是用動能定理求解的,那么同學(xué)們比較一下,這兩種解法有什么區(qū)分呢 . 同學(xué)爭論比較后得到：解法一采納牛頓運動定律和勻變速直線運動的公式求解,要假定牽引力是恒力,而實際中牽引力不肯定是恒力 變力,用它可以處理牽引力是變力的情形.解法二采納動

18、能定理求解,由于動能定理適用于 .而且運用動能定懂得題不涉及物體運動過程中的加速度和時間,因此用它來處理問題時比較便利 . 課堂訓(xùn)練質(zhì)量為 m 的物體靜止在水平桌面上,它與桌面之間的動摩擦因數(shù)為,物體在水平力F作用下開頭運動,發(fā)生位移s1 時撤去力 F,問物體仍能運動多遠？解析： 爭論對象：質(zhì)量為m 的物體 . 爭論過程：從靜止開頭,先加速,后減速至零. 受力分析、過程草圖如下列圖,其中mg（重力）、 F（水平外力）、 N（彈力）、 f（滑動摩擦力）,設(shè)加速位移為s1,減速位移為s2方法一：可將物體運動分成兩個階段進行求解物體開頭做勻加速運動位移為 s1,水平外力 F 做正功, f 做負功,

19、mg、N 不做功；初始動能 Ek0=0,末動能 Ek1= 1 mv 1 22依據(jù)動能定理：Fs1-fs1= 1 mv -0 2又滑動摩擦力 f= N,N=mg就： Fs1- mgs 1= 1 mv -0 2物體在 s2 段做勻減速運動,f 做負功, mg、N 不做功；初始動能 Ek1= 1 mv ,末動能 Ek2=0 2依據(jù)動能定理：-fs2=0-1 mv ,又滑動摩擦力 f= N,N=mg2就： mgs2=0-1 mv 1 22即 Fs1- mgs 1- mgs 2=0-0 F mg s 1s2= . mg方法二：從靜止開頭加速,然后減速為零 ,對全過程進行求解 . 設(shè)加速位移為 s1,減速

20、位移為 s2；水平外力 F 在 s1 段做正功,滑動摩擦力 f 在（ s1+s2）段做負功, mg、N 不做功；初始動能 Ek0=0,末動能 Ek=0 在豎直方向上 :N-mg=0 滑動摩擦力 f= N依據(jù)動能定理：Fs1- mg（s1+s2）=0-0 F mg s 1得 s2= . mg方法總結(jié)： 在用動能定懂得題時,假如物體在某個運動過程中包含有幾個運動性質(zhì)不同的分過程,此時可分段爭論,也可整體爭論；在整體爭論時,要留意各分力做功所對應(yīng)的位移 . 動能定懂得題的方法和步驟：1確定爭論對象；2分析物體的受力情形,明確各個力是否做功,做正功仍是做負功,進而明確合外力的功 ; 3明確物體在始末狀

21、態(tài)的動能 ; 4依據(jù)動能定理列方程求解 . 課堂小結(jié)本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了：1.物體由于運動而具有的能叫動能,動能可用體速度的二次方的乘積的一半. . 2.動能是標(biāo)量,也是狀態(tài)量Ek 來表示,物體的動能等于物體的質(zhì)量與物3.動能定理是依據(jù)牛頓其次定律和運動學(xué)公式推導(dǎo)出來的 . 4.動能定理中所說的外力,既可以是重力、 彈力、摩擦力 ,也可以是任何其他的力,動能定理中的 W 是指全部作用在物體上的外力的合力的功 . 5.動能定理的表達式是在物體受恒力作用且做直線運動的情形下得出的,但對于外力是變力,物體做曲線運動的情形同樣適用 . 布置作業(yè)教材 “問題與練習(xí) ” 第 3、4、5 題 . 板書設(shè)計動 能

22、 和 動 能 定 理7 動能和動能定理1 . 物體由于運動而具有的能,叫動能動能2 . 公式Ek12 mv23. 動能是標(biāo)量,是狀態(tài)量4. 單位:焦 J1 . 合外力所做的功等于物體能的變化2 . WEk2Ek1或W12 mv 212 mv 1223 . 解題步驟:動能定理1確定爭論對象及運動過程2 受力分析,并確定各個力所做的功3 明確初,末狀態(tài)的功能4 列方程求解,對結(jié)果進行必要的爭論說明活動與探究課題：估測自行車受到的阻力目的： 自行車仍是我國主要的代步工具,依據(jù)動能定理估測自行車行駛過程中所受阻力,既加強對基礎(chǔ)學(xué)問的懂得,又可以使同學(xué)形成學(xué)以致用的思想 . 方法：騎自行車時, 假如停止

23、用力蹬腳蹬,設(shè)此時自行車的速度為 v 0,由于受到阻力 f 作用,自行車前進一段距離 l 后將會停下來,依據(jù)動能定理,有-fl=0 1 mv 0 222即阻力 f= mv 02 l試驗中需測出人停止用力后自行車前進的距離 l,自行車和人的總質(zhì)量 m,以及初速度 v0. 初速度可以通過以下三種方法測得：1.在停止用力前, 盡可能使自行車做勻速直線運動,通過測量時間和距離,運算出平均速度,以它作為停止用力時的初速度. 2.測出自行車從停止用力到靜止時前進的距離和時間,再依據(jù)勻減速運動的規(guī)律,求出初速度. 3.停止用力時從車上釋放一個小石塊,測出釋放的高度和石塊在水平方向通過的距離,即可求得初速度 . 習(xí)題詳解1.解答： a.動能是原先的 4 倍 . b.動能是原先的 2 倍. c.動能是原先的 8 倍. d.動能不變 . 2.解答： 由動能定理W=E k2-Ek1=1mv2v2可知,在題目所述的兩種情形下,2 v 2v22112較大的,需要做的功較多. 速度由 10 km/h 加速到 20 km/h 的情形下：v22 v 1=（202-102）（km/s） 2=300（ km/s）22速度由 50 km/h 加快到 60 k