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2019-2020年高中物理 31探究動能變化跟功的關系教案 滬科版必修2 教學目標： 1、知識與技能 ①掌握動能的概念和動能定理 ②會利用實驗探究外力做功與動能的變化關系 ③理解正功和負功的概念 2、過程與方法 ①讓學生理解探究學習的一般程序和方法，培養(yǎng)學生的分析推理能力。 ②培養(yǎng)學生實驗和理論探究驗證物理規(guī)律的能力 3、情感態(tài)度與價值觀 在學生討論與交流的基礎上組織學生進行探究性實驗，通過實際操作、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理等培養(yǎng)學生交流合作、分析評價探究結果的能力，以此激發(fā)學生學習物理的興趣。 教學重點: 建立動能的概念，實驗探究外力做功與物體動能變化的定量關系，為理論推導動能定理奠定實驗基礎。 教學難點: 實驗探究外力（重力）做功與物體動能變化的定量關系 教學方法： 理論和實驗雙向探究式教學 教學媒體: 有關汽車起動、加速、減速、剎車等汽車行駛的圖片或多媒體演示的電腦；電火花式打點計時器、紙帶、重錘、刻度尺 教材分析： 動能變化與功的關系是對動能定理初步研究的結論，也是《動能的變化與機械功》整章的前期準備。先從大量的汽車行駛中的有關現(xiàn)象入手，得出必須研究動能變化與功的關系從而引入課題，激發(fā)學生的學習興趣和探究的欲望；再通過理論研究汽車動能的變化過程分析推理論證得出動能、動能的增量、功的概念和定義，以及它們之間的關系，從而得出動能定理，培養(yǎng)學生的分析推理能力；通過實驗探究驗證恒力做功與物體的動能變化的關系，引導學生進行科學實驗的探究活動；最后通過案例分析加深對動能定理的理解和初步應用，能用動能定理去分析解決限制車速的實際問題。著重引導學生通過分析論證和實驗探究得出動能的變化與功的關系，并進行理解和應用，培養(yǎng)學生的實驗探究能力和創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識。 學情分析 在初中已知的功的概念的基礎上，通過直接給出動能的表達式，得出動能定理，初步體現(xiàn)出功是能量變化的量度這一觀點；再由動能定理出發(fā)，深化功的內涵，包括功的普遍公式、正功、負功、變力做功、功率及其在生產(chǎn)、生活中的應用等，整體上是循環(huán)上升式的編排，符合學生的認知規(guī)律和科學探究要求。本著科學探究的學習與科學知識的學習一樣，都要遵循循序漸進的原則，本節(jié)安排的探究實驗“恒力做功與物體動能變化的關系”，探究的問題可由學生自己提出，根據(jù)手頭實驗器材設計實驗，這樣的設計是根據(jù)高一學生的心理點和認知水平?jīng)Q定的。 教學思路： 　　本節(jié)課采用的是理論和實驗雙向探究式教學，探究活動的五個步驟：“創(chuàng)設情景”，“提出問題”，“猜想假設”，“實驗驗證”，“得出結論”。在實際教學應用中不必按部就班每個環(huán)節(jié)必不可少，可以按照實際情況作取舍，或由教師來完成。鑒于高一學生具備一定的物理基礎，教學過程中應特別重視物理實驗設計，發(fā)揮其應有的功能，引導學生參與探究過程，讓學生通過有趣的、與實際生活緊密相連的探究活動，在學習物理知識的同時，培養(yǎng)觀察能力、探究物理規(guī)律的能力和運用物理規(guī)律解釋物理現(xiàn)象的能力。教學中還應注意結合本地實際情況，加強與實際的聯(lián)系，使學生加強對生活中科學、技術的理解，獲得更多的實際知識，以適應現(xiàn)代化的生活，對科學學習產(chǎn)生興趣 教學過程: 一、設置情景，引入新課 圖片或多媒體展示：汽車行駛中的起動、加速、減速、剎車等運動情況，讓學生體驗和再現(xiàn)現(xiàn)實生活中發(fā)生的實際問題。 提出問題：汽車的速度發(fā)生變化，動能也發(fā)生變化，汽車的動能發(fā)生變化跟牽引力和行駛的距離有什么關系？ 設計說明：通過圖片或多媒體展示、教師設問的方式引入新課，能夠貼近學生的思維實際，使學生從生活走向物理，并激發(fā)其學習的興趣和探究的欲望。 二、理論探求新知-----動能和動能定理 教師引導學生建模型：建立汽車在不變的牽引力作用下運動的模型和物理圖景，設定運動和力的相關物理量。 學生活動：利用牛頓第二定律和運動學規(guī)律，分析汽車動能變化的過程。 整理并得出： 提出問題：你能分析上式的物理意義嗎？ ①Fs的物理意義是什么？ ②右邊的又是表明什么物理意義呢？ 設計說明：培養(yǎng)學生利用物理模型和現(xiàn)有的物理規(guī)律進行理論分析推理的能力 解決問題：分析理解上式各部分的物理意義。 ①Fs是牽引力的功 ②右邊的兩項跟汽車的質量和速度有關―――動能。 得出結論： 1、 動能：物體由于運動具有的能量叫動能。 ①(單位：焦耳J1J=1kg?m/s2) ②動能與功一樣，也是標量，不受速度方向的影響。 ③一個物體處于某確定運動狀態(tài)，它的動能就對應于某一確定值，因此動能是狀態(tài)量。 2、 動能的增量：一個過程的末動能減初動能 深化理解：1、試比較下列每種情況下，甲、乙兩物體的動能：（除下列點外，其他情況相同） ①物體甲的速度是乙的兩倍； ②物體甲向北運動，乙向南運動； ③物體甲做直線運動，乙做曲線運動； ④物體甲的質量是乙的一半。 2、回答課本上的思考題（P42） 3、動能定理：力對物體所做的功等于物體動能的增量。即 4、動能定理的物理意義：物體的動能變化可以用功來量度；動能定理是具有普遍意義的重要物理規(guī)律。 深化理解：過程量和狀態(tài)量 功是力對物體作用的過程量，對應的是一段時間和位移。動能是跟物體運動有關的狀態(tài)量，對應的是某個時刻和位置。 設計說明：引導學生對分析推理的結論進行總結，加強理解，培養(yǎng)學生對物理規(guī)律的分析推導總結理解的能力 三、實驗探求驗證――恒力做功和物體動能變化的關系 為了研究方便，我們以自由落體運動中的重力做功為例，研究重力所做的功與物體動能改變量之間的定量關系。 提出問題：你能否根據(jù)已有的知識和利用下面提供的器材設計一個實驗，探究一下重力所做的功與動能的變化量的關系，并以此來驗證動能定理？ 提供的器材有：電火花式打點計時器、紙帶、重錘、刻度尺。 ②需要測量和記錄哪些數(shù)據(jù)？請設計一個記錄實驗數(shù)據(jù)的表格。 ③如何利用實驗數(shù)據(jù)計算重力所做的功和動能的變化量？ ④如何正確處理實驗數(shù)據(jù)？請設計一個數(shù)據(jù)處理結果的表格。 ⑧請發(fā)揮你的想象猜測一下實驗的結果是什么？ 實驗探究：外力（重力）對物體所做的功與物體動能的變化關系 請同學們根據(jù)已有的知識，結合提供的實驗器材，在小組討論的基礎上，寫出你們的實驗方案。討論時請圍繞下列問題進行： １、如何設計實驗方案？為什么這樣設計？（實驗結束后叫學生上臺演示其實驗操作過程） 師生探討：如圖所示，將打點計時器側放于桌面上，使限位孔伸出桌面外，將夾有重錘的紙帶從下向上穿過限位孔，用一手壓住打點計時器，另一手提住紙帶的上端，使紙帶豎直，重錘緊靠在下邊的限位孔處，先開啟電源使打點計時器工作，然后放手使紙帶在重錘的帶動下自由下落，結果打點計時器在紙帶上打下一系列點，利用打了點的紙帶來計算重力所做的功與動能變化量的定量關系。 ２、如何計算重力所做的功和動能的變化量？ 師生探討：在紙帶上取兩個合適的點（如下圖中紙帶上的B點和E點），用刻度尺測出這兩點間的距離，根據(jù)功的定義可知：，采用求平均速度的方法求出打點計時器打B、E兩點時，重錘的速度vB和vE，再根據(jù)動能的計算式計算打B、E兩點時的動能及其動能的差值。 ３、需要測量和記錄哪些實驗數(shù)據(jù)？（實驗后由學生用圖示方式板書出來） ４、如何設計記錄數(shù)據(jù)的表格？（學生板書并填入實驗記錄的數(shù)據(jù)） SBE SAC SDF tAC tDF ５、操作實驗，測量和記錄實驗數(shù)據(jù)。（教師巡回指導） ６、如何正確處理實驗數(shù)據(jù)？ ①表格處理數(shù)據(jù)（學生板書并填入數(shù)據(jù)處理結果） ②圖像處理數(shù)據(jù)（學生板書并作出圖像） 比較觀察得出實驗結論： 學生活動：通過數(shù)據(jù)處理可知：重力所做的功與物體動能的改變量在誤差允許的范圍內是相等的。 定理的驗證：合外力對物體所做的功等于物體動能的增量。即： 實驗評估： 學生實驗中好的方面和錯的或有待改進的地方，進行評估。 ①在你的實驗中，主要誤差是什么？你是如何減少誤差的？ ②你認為如何改進，可以使你的實驗更好一些？ 合作與交流 與同學交流討論，了解他們制定的探究計劃和設計的實驗方案，了解有那些地方是值得你學習的。 完成一份實驗探究報告。 設計說明：讓學生了解探究學習的一般程序和方法，培養(yǎng)學生實驗探究驗證物理規(guī)律的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力和創(chuàng)作性思維。 深化理解：正功和負功 對動能定理的分析可知，動能的增量是正值，力對物體做的功是正值，就說力對物體做正功；動能的增量是負值，力對物體做的功是負值，就說力對物體做負功。 1、結論：正功使物體的動能增加，負功使物體的動能減少。 2、提問：在汽車起動、加速、減速、剎車的各個過程中，分別有哪些力對汽車做功？哪些力對汽車做正功？哪些力對汽車做負功？ 3、拓展：物體在粗糙的斜面上下滑時各力做功的情況分析，特別要說清各力做正功和做負功的情況。 案例分析： 一顆質量是40g的子彈以100m/s的速度瞬間擊穿一個蘋果，子彈穿過蘋果后，速度降為60m/s。問子彈擊穿蘋果前后的動能變化是多少？蘋果對子彈做了多少功？ [分析思路]①對象：子彈 ②過程：在子彈擊穿蘋果的過程中 ③狀態(tài)：取擊穿前后的兩個狀態(tài)為研究狀態(tài) ④用動能定理立式求解： [解答]已知子彈m=40g=4.010-2kg ,初速v1=100m/s 末速v2=60m/s，由動能定理可知蘋果對子彈做的功為 代入數(shù)值得W=－128J。 負號表示蘋果對子彈做負功，使子彈的動能減少。 設計說明：強調分析思路和規(guī)范解題；進一步加深對正功和負功的物理意義的理解；不宜舉例過難過復雜的題目 STS：公路上為什么要限制車速？ 指導學生閱讀理解車輛碰撞時損壞的程度和事故的嚴重性跟碰撞前車輛的動能大小有關，而車輛的動能取決于車輛的質量和速度的平方。質量大的速度小，質量小的速度可以大些。 設計說明：培養(yǎng)學生了解實際問題，解決實際問題的能力。 家庭作業(yè)與活動：①課本P45 ②上網(wǎng)查閱有關資料，加深用動能定理解決問題的意識。 教學反思： “探究型教學法”是力圖在學習知識的同時發(fā)展學生的思維能力和創(chuàng)新能力，為學生的智能鍛煉與開發(fā)創(chuàng)造良好條件。 在實際操作中，由于學生個體存在差異，學生設計的實驗方案不夠完美，甚至是錯誤的，但由于每個學生都積極參與了建立物理規(guī)律的全過程，付出過艱辛的勞動，所以同學們對整個過程十分熟悉，感到自然真切，對所得結論理解透徹，記憶持久，運用自如，尤其是變被動地接受知識為主動去探究新知，其興趣、注意力和科學態(tài)度就在無意識中大大增強 板書設計： ３．１探究動能變化跟功的關系 一、 理論探求新知-----動能和動能定理 利用牛頓第二定律和運動學規(guī)律推導 １．動能：物體由于運動具有的能量叫動能。 ①(單位：焦耳J1J=1kg?m/s2) ②動能與功都是是標量 ③動能是狀態(tài)量，功是過程量 ２．動能的增量：一個過程的末動能減初動能 ３．動能定理：力對物體所做的功等于物體動能的增量。即 二、實驗探求驗證――恒力做功和物體動能變化的關系 深化理解：正功和負功