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2019-2020年人教版高中物理必修二 第七章 第7節(jié) 動能和動能定理 教案3 課標(biāo)要求：理解動能和動能定理，用動能定理解釋生活和生產(chǎn)中的現(xiàn)象。 依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)情，制定教學(xué)目標(biāo)如下： 1.理解動能的確切含義和表達(dá)式。 2.理解動能定理及其推導(dǎo)過程、適用范圍、簡單應(yīng)用。 3.設(shè)置問題啟發(fā)學(xué)生的思考，讓學(xué)生掌握解決問題的思維方法。 4.通過動能定理的推導(dǎo)演繹，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究的興趣。 6.通過探究驗證培養(yǎng)合作精神和積極參與的意識。 【教材分析】 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.理解動能和動能定理，用動能定理解釋生活和生產(chǎn)中的現(xiàn)象”.因此，在實際教學(xué)中要注重全體學(xué)生的發(fā)展，改變學(xué)科本位的觀念，注重科學(xué)探究，提倡學(xué)習(xí)方式的多樣化、強(qiáng)調(diào)過程和方法的學(xué)習(xí)，以培養(yǎng)學(xué)生的“創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和實踐能力”為根本出發(fā)點，激勵學(xué)生“在教學(xué)過程中的主動學(xué)習(xí)和探究精神”，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性，促進(jìn)其個性全面健康地發(fā)展和情感態(tài)度與價值觀的自我體現(xiàn). 在實際學(xué)習(xí)中學(xué)生對動能概念的理解較為容易，能夠掌握外力對物體做的功與物體動能的變化之間的定性關(guān)系，能夠理論推導(dǎo)它們之間的定量關(guān)系，但真正從深層次理解存在困難.在前幾節(jié)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)建立了一種認(rèn)識，那就是某個力對物體做功一定對應(yīng)著某種能量形式的變化.本節(jié)就來尋找動能的表達(dá)式.因為有前幾節(jié)的基礎(chǔ)，本節(jié)可以放手讓學(xué)生自己去推理和定義動能的表達(dá)式.讓學(xué)生經(jīng)過感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的過程，教學(xué)的起始要求不高，要循序漸進(jìn)，從生活中眾多實例出發(fā)，通過分析、感受真正體驗動能定理的內(nèi)涵.通過實例分析、實驗設(shè)計、器材選擇、動手操作、教師演示等環(huán)節(jié)，讓每一位同學(xué)都積極參與課堂教學(xué)，每一位同學(xué)都能享受成功的喜悅. 動能定理是一條適用范圍很廣的物理定理，但教材在推導(dǎo)這一定理時，由一個恒力做功使物體的動能變化，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(kuò)大幾個力做功和變力做功及物體做曲線運動的情況.這個梯度是很大的,為了幫助學(xué)生真正理解動能定理，設(shè)置一些具體的問題，讓學(xué)生尋找物體動能的變化與哪些力做功相對應(yīng). 【學(xué)情分析】 　通過前面幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識到某個力對物體做了功就一定對應(yīng)著能量的變化。在本章第一節(jié)“追尋守恒量”中，學(xué)生也知道了物體由于運動而具有的能叫動能。那么物體的動能與哪些因素有關(guān)？引起動能變化的原因是什么？這是本節(jié)課要研究的內(nèi)容。 由于本單元對分析、綜合和解決實際問題的能力要求很高，不少同學(xué)在此感到困惑，疑難較多，主要反映在研究對象的選擇和物理過程的分析上，用能的觀點來分析物理問題等。 【教學(xué)重、難點】 教學(xué)重點 動能定理及其應(yīng)用。 教學(xué)難點 對動能定理的理解及其應(yīng)用 【教學(xué)方法】 情景教學(xué)法、多媒體輔助法、合作討論法、自主發(fā)現(xiàn)法 【學(xué)法指導(dǎo)】 發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法 針對學(xué)生對新知識具有濃厚興趣的特點，教學(xué)中應(yīng)發(fā)揮學(xué)生的主體地位，精心創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，行程問題，并通過問題的思考、討論獲取問題的解決。 合作學(xué)習(xí)法 根據(jù)學(xué)生善于爭辯的特點，多鼓勵學(xué)生開展合作學(xué)習(xí)，展開思維碰撞，相互取長補短。 【教學(xué)流程】 第一步、課前自主預(yù)習(xí) 課前布置預(yù)習(xí)任務(wù)，學(xué)生整體把握教材，廣泛搜集資料，完成學(xué)習(xí)指導(dǎo)制定的《預(yù)案》。 設(shè)計意圖：本著“以學(xué)生為主體”的原則，通過學(xué)生課前自學(xué)，落實本節(jié)基礎(chǔ)知識。完成后，各學(xué)習(xí)小組內(nèi)相互交流，統(tǒng)一認(rèn)識。 第二步、課堂學(xué)習(xí) 環(huán)節(jié)一、學(xué)情調(diào)查，情景導(dǎo)入 導(dǎo)入新課 讓學(xué)生觀察運動的汽車、飛行的炮彈等身邊的現(xiàn)象啟發(fā)思考、自主提問、分組探討. 教師引導(dǎo)參考問題： 什么是物體的動能？物體的動能大小跟哪些因素有關(guān)呢？ 環(huán)節(jié)二、問題展示、合作探究 一、動能的表達(dá)式 功是能量轉(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：奔馳的汽車、滾動的足球、擺動的樹枝、投出的籃球等運動的物體都具有動能. 教師引導(dǎo)：重力勢能的影響因素有物體的質(zhì)量和高度，今天我們學(xué)習(xí)的動能影響因素有哪些？通過問題啟發(fā)學(xué)生探究動能的影響因素. 學(xué)生思考后總結(jié)：汽車運動得越快，具有的能量越多，應(yīng)該與物體的速度有關(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)該與物體的質(zhì)量有關(guān).即動能的影響因素應(yīng)該是物體的質(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？ 演示實驗：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(yuǎn)，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(yuǎn)，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.即質(zhì)量、速度是動能的兩個影響因素. 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(dá)式是怎樣的？ 情景設(shè)置：大屏幕投影問題，可設(shè)計如下理想化的過程模型: 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v2，如圖所示. 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 根據(jù)牛頓第二定律F=ma 而 ,即 把F、l的表達(dá)式代入W=Fl,可得F做的功W= 也就是W= 根據(jù)推導(dǎo)過程教師重點提示： 1. 是一個新的物理量. 2. 是物體末狀態(tài)的一個物理量， 是物體初狀態(tài)的一個物理量,其差值正好等于合力對物體做的功.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： 3.動能的標(biāo)矢性：標(biāo)量. 4.動能的單位：焦（J）. 教師引導(dǎo)學(xué)生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)學(xué)生學(xué)會從實驗現(xiàn)象中思考分析，最終總結(jié)歸納出結(jié)論.同時注意實驗方法——控制變量法. 例 1970年我國發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星，質(zhì)量為173 kg，運動速度為7.2 km/s，它的動能是多大? 答案： 二、動能定理 課件展示：通過大屏幕投影展示足球運動員踢球的場面，讓學(xué)生觀察，運動員用力將足球踢出，足球獲得了動能；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.若外力對物體做功，該物體的動能總會增加嗎？ 2.如果物體對外做功，該物體的動能總會減少嗎？做功與動能的改變之間究竟有什么關(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)物體原來就具有速度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(dá)到v2，如圖，則此過程中，外力做功與動能間又存在什么關(guān)系呢？ 外力F做功：W1=Fs 摩擦力f做功：W2=-fs 外力做的總功為:W總=Fs-fs=ma =Ek2-Ek1=ΔEk. 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減少.它們共同作用的結(jié)果，導(dǎo)致了物體動能的變化.學(xué)生根據(jù)課本提供的問題情景，運用牛頓第二定律和運動學(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：若物體同時受幾個方向任意的外力作用，情況又如何呢？引導(dǎo)學(xué)生推導(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表示末態(tài)動能，則動能定理表示為：W總=Ek2-Ek1=ΔEk. 分組討論：根據(jù)動能定理的表達(dá)形式，提出下列問題，加強(qiáng)對動能定理表達(dá)式的理解: 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(fù)功時，物體動能如何變化？ 學(xué)生總結(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(fù)功時，末動能小于初動能，動能減少. 知識拓展 1.外力對物體做的總功的理解 有的力促進(jìn)物體運動，而有的力則阻礙物體運動.因此它們做的功就有正、負(fù)之分，總功指的是各外力做功的代數(shù)和；又因為W總=W1+W2+……=F1s+F2s+……=F合s，所以總功也可理解為合外力的功. 2.對動能定理標(biāo)量性的認(rèn)識 定理中各項均為標(biāo)量，因此單純速度方向改變不影響動能大小.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，并不因速度方向改變而改變. 3.對定理中“變化”一詞的理解 由于外力做功可正、可負(fù)，因此物體在一運動過程中動能可增加，也可能減少.因而定理中“變化”一詞，并不表示動能一定增大，它的確切含義為末態(tài)與初態(tài)的動能差，或稱為“改變量”,數(shù)值可正，可負(fù). 4.對狀態(tài)與過程關(guān)系的理解 功是伴隨一個物理過程而產(chǎn)生的，是過程量；而動能是狀態(tài)量.動能定理表示了過程量等于狀態(tài)量的改變量的關(guān)系. 5.對適用條件的理解：動能定理的表達(dá)式是在物體受恒力作用且做直線運動的情況下得出的，但對于外力是變力，物體做曲線運動的情況同樣適用. 例2 一架噴氣式飛機(jī)，質(zhì)量m=5.0103 kg，起飛過程中從靜止開始滑跑.當(dāng)位移達(dá)到l=5.3102 m時，速度達(dá)到起飛速度v=60 m/s.在此過程中飛機(jī)受到的平均阻力是飛機(jī)重力的0.02倍.求飛機(jī)受到的牽引力. 解：以飛機(jī)為研究對象，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WG=0，W支=0，W牽=Fl，W阻=-kmgl.據(jù)動能定理得：Fl-kmgl= mv2,代入數(shù)據(jù)，解得F=1.8104 N. 環(huán)節(jié)三 、知識梳理 歸納總結(jié) 1、動能的表達(dá)式 2.動能定理 動能定理：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。 表達(dá)式： 3、如果物體受到幾個力的作用呢？ 環(huán)節(jié)四、達(dá)標(biāo)訓(xùn)練、鞏固提升 1.下列幾種情況中，甲、乙兩物體的動能相等的是 ( ) A.甲的速度是乙的2倍，乙的質(zhì)量是甲的2倍 B.甲的質(zhì)量是乙的2倍，乙的速度是甲的2倍 C.甲的質(zhì)量是乙的4倍，乙的速度是甲的2倍 D.質(zhì)量相同，速度大小也相同，但甲向東運動，乙向西運動 2：一輛質(zhì)量為m，速度為v0的汽車在關(guān)閉發(fā)動機(jī)后于水平地面滑行了距離l后停下來，試求汽車受到的阻力． 3. 質(zhì)量為m的鉛球以速度υ豎直向下拋出，拋出點距離地面的高度為H，落地后，鉛球下陷泥土中的距離為s，求泥土地對鉛球的平均阻力？ 布置作業(yè)：教材“問題與練習(xí)”第3、4、5題.