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2019-2020年高一物理 第七章機(jī)械能 四、動(dòng)能、動(dòng)能定理(第一課時(shí)) 人教大綱版第一冊(cè) ●本節(jié)教材分析 在建立了“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”概念的基礎(chǔ)上，教材提出“我們?cè)诔踔袑W(xué)過，物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫做動(dòng)能.物體的動(dòng)能跟物體的質(zhì)量和速度都有關(guān)系.”接著引入了演示實(shí)驗(yàn)：物體動(dòng)能與質(zhì)量及速度的關(guān)系，定性研究物體動(dòng)能與質(zhì)量和速度的關(guān)系，此處的演示實(shí)驗(yàn)是為建立學(xué)生對(duì)動(dòng)能的感性認(rèn)識(shí)而設(shè)計(jì)的，體現(xiàn)了從感性到理性，從定性到定量的逐漸深化的教學(xué)程序. 接著以恒力作用下物體做勻加速運(yùn)動(dòng)過程推導(dǎo)出動(dòng)能定理表達(dá)式： Fs=mv22－mv12 然后提出“從上式我們看到，力F對(duì)物體所做的功等于mv2這個(gè)量的變化，在物理學(xué)中就用mv2這個(gè)量表示物體的動(dòng)能.” 最后指出動(dòng)能定理的物理意義及其應(yīng)用. 總之，本節(jié)教材在教學(xué)設(shè)計(jì)上遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，遵循辯證唯物主義的認(rèn)識(shí)論，使學(xué)生對(duì)動(dòng)能的建立和理解有一個(gè)從感性到理性，從定性到定量的過程，使學(xué)生對(duì)物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)并不感到突然和困難. 通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生理解動(dòng)能定理的推導(dǎo)過程，清楚動(dòng)能定理的適用條件，通過對(duì)比分析使學(xué)生體會(huì)到應(yīng)用動(dòng)能定理解題與牛頓運(yùn)動(dòng)定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解題的不同點(diǎn)：即運(yùn)用動(dòng)能定理解題由于不涉及物體運(yùn)動(dòng)過程中的加速度和時(shí)間，因此用它來處理問題有時(shí)比較方便. ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1.理解什么是動(dòng)能. 2.知道動(dòng)能的定義式，會(huì)用動(dòng)能的定義式進(jìn)行計(jì)算. 3.理解動(dòng)能定理及其推導(dǎo)過程，知道動(dòng)能定理的適用范圍. 二、能力目標(biāo) 1.運(yùn)用演繹推導(dǎo)方式推導(dǎo)動(dòng)能定理的表達(dá)式. 2.理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力. 三、德育目標(biāo) 通過動(dòng)能定理的演繹推導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣. ●教學(xué)重點(diǎn) 1.動(dòng)能的概念. 2.動(dòng)能定理及其應(yīng)用. ●教學(xué)難點(diǎn) 對(duì)動(dòng)能定理的理解和應(yīng)用. ●教學(xué)方法 推理歸納法、講授法、電教法. ●教學(xué)用具 投影片、CAI課件、導(dǎo)軌、物塊（或小球）兩個(gè). ●課時(shí)安排 1課時(shí) ●教學(xué)過程 一、導(dǎo)入新課 ［復(fù)習(xí)］什么是物體的動(dòng)能？物體的動(dòng)能與什么因素有關(guān)？ 物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能；物體的動(dòng)能跟物體的質(zhì)量和速度有關(guān)系. ［導(dǎo)入］物體的動(dòng)能跟物體的質(zhì)量、速度有什么關(guān)系呢？本節(jié)課我們就來研究這個(gè)問題. ［板書］動(dòng)能、動(dòng)能定理. 二、新課教學(xué) （一）［演示］ 1.多媒體展示實(shí)驗(yàn)裝置： 讓滑塊A從光滑的導(dǎo)軌上滑下，與木塊B相碰，推動(dòng)木塊做功； 2.實(shí)物演示并觀察現(xiàn)象； 3.學(xué)生描述看到的現(xiàn)象： a.讓滑塊A從不同的高度滑下，可以看到：高度大時(shí)滑塊把木塊推得遠(yuǎn)，對(duì)木塊做的功多. b.讓質(zhì)量不同的滑塊從同一高度下滑，可以看到：質(zhì)量大的滑塊把木塊推得遠(yuǎn)，對(duì)木塊做的功多. ［教師］從功能關(guān)系定性分析得到： 物體的質(zhì)量越大，速度越大，它的動(dòng)能就越大. （二）［投影下列思考題］ 一架飛機(jī)在牽引力的作用下（不計(jì)阻力），在起飛跑道上加速運(yùn)動(dòng)，分析： 1.飛機(jī)的動(dòng)能如何變化？ 2.飛機(jī)的動(dòng)能變化的原因是什么？ ［學(xué)生活動(dòng)］分析并討論上述問題： 1.因?yàn)轱w機(jī)的速度越來越大，所以飛機(jī)的動(dòng)能在不斷增大. 2.由于牽引力對(duì)飛機(jī)做功，導(dǎo)致飛機(jī)的動(dòng)能不斷增大. ［教師］ 由于牽引力做功導(dǎo)致飛機(jī)動(dòng)能增大，據(jù)功能關(guān)系得到： 牽引力做了多少功，飛機(jī)的動(dòng)能就增加多少. ［方法滲透］ 由于牽引力所做的功和動(dòng)能變化之間的等量關(guān)系，我們可以根據(jù)做功的多少，來定量地確定動(dòng)能. ［投影］ 用投影儀投影下列物理情景，用牛頓運(yùn)動(dòng)定律推導(dǎo)尋找功和動(dòng)能之間的關(guān)系： 1.質(zhì)量為m的物體以初速v1=0自由落下，當(dāng)下落距離為h時(shí)，速度為v2. 2.一個(gè)初速為v1，質(zhì)量為m的物體，在與運(yùn)動(dòng)方向相同的恒定外力F的作用下發(fā)生一段位移s，速度增加到v2; 3.一個(gè)初速為v1，質(zhì)量為m的小車，在水平粗糙面上受到摩擦力f的作用下，發(fā)生一段位移s，速度減小到v2. 4.一個(gè)初速為v1、質(zhì)量為m的小車，在與運(yùn)動(dòng)方向相同的恒定外力F作用下，沿粗糙水平面運(yùn)動(dòng)了一段位移s，速度變?yōu)関2,其過程中受到的摩擦力為f. ［學(xué)生進(jìn)行分組推導(dǎo)，教師巡視并解決推導(dǎo)中出現(xiàn)的問題］ 將推導(dǎo)出的結(jié)論填入下表中： 物理情景 結(jié)論 1 mgh=mv22－mv12=mv22 2 Fs=mv22－mv12 3 －fs=mv22－mv12 4 Fs－fs=(F－f)s=mv22－mv12 ［學(xué)生活動(dòng)］ 用文字語言表述表中的結(jié)論. ［結(jié)論一］物體只受重力作用，重力對(duì)物體所做的功等于mv2這個(gè)物理量的變化； ［結(jié)論二］物體只受一個(gè)動(dòng)力的情況下，外力對(duì)物體所做的功等于mv2這個(gè)物理量的變化； ［結(jié)論三］物體只受一個(gè)阻力的情況下，外力對(duì)物體所做的功等于mv2這個(gè)物理量的變化； ［結(jié)論四］物體既受動(dòng)力又受阻力作用的情況下，外力對(duì)物體所做的總功等于物體mv2這個(gè)物理量的變化； ［歸納］ 從上邊推導(dǎo)可得到：合力F所做的功等于mv2這個(gè)物理量的變化； 又據(jù)功能關(guān)系，合力F做的功等于物體動(dòng)能的變化. 在物理學(xué)中就用mv2這個(gè)量來表示物體的動(dòng)能. ［板書］ a.物體的動(dòng)能等于物體質(zhì)量與物體速度的二次方的乘積的一半. b.公式：Ek=mv2 c.動(dòng)能是標(biāo)量 d.動(dòng)能的單位：焦（J） （三）［過渡］通過剛才的推導(dǎo)，我們知道不論外力是幾個(gè)，也不管外力是動(dòng)力還是阻力，外力是重力、摩擦力還是其他力，合外力對(duì)物體所做的功總是等于物體動(dòng)能的變化，那么同學(xué)們能否設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證上述物理情景一呢？ ［點(diǎn)撥討論］ 情景一中物體做什么運(yùn)動(dòng)？（初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)）. 我們前面用實(shí)驗(yàn)研究過勻變速直線運(yùn)動(dòng)，回憶實(shí)驗(yàn)的原理是什么？器材有哪些？ ［學(xué)生活動(dòng)］討論并設(shè)計(jì)提出實(shí)驗(yàn)方案. 經(jīng)討論，設(shè)計(jì)出如右圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師巡回指導(dǎo)，幫助學(xué)生解決操作中存在的問題. ［數(shù)據(jù)處理］將測(cè)量和計(jì)算結(jié)果填入下表中（注意速度的計(jì)算可利用時(shí)間t內(nèi)的平均速度等于該段時(shí)間中點(diǎn)時(shí)刻的瞬時(shí)速度）. 由表中數(shù)據(jù)比較mgh2與mv22、mgh3與mv32、mgh4與mv42的結(jié)果是否相同. ［投影］ 1.合力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的變化這個(gè)結(jié)論叫動(dòng)能定理. 2.表達(dá)式：W=Ek2－Ek1 W→合外力對(duì)物體所做的功； Ek2→物體的末動(dòng)能； Ek1→物體的初動(dòng)能. ［討論］ a.當(dāng)合力對(duì)物體做正功時(shí)，物體動(dòng)能如何變化？ b.當(dāng)合力對(duì)物體做負(fù)功時(shí)，物體動(dòng)能如何變化？ ［學(xué)生］ 當(dāng)合力對(duì)物體做正功時(shí)，末動(dòng)能大于初動(dòng)能，動(dòng)能增加； 當(dāng)合力對(duì)物體做負(fù)功時(shí)，末動(dòng)能小于初動(dòng)能，動(dòng)能減小. （四） ［實(shí)踐操作］ ［投影實(shí)踐題1］ 物體從高出地面H（m)處自由落下（不計(jì)空氣阻力），落至地面陷入沙坑h(m)后停止.求物體在沙坑中受到的平均阻力是重力的多少倍？ ［學(xué)生展示可能的解題方法］ 解法一：用牛頓定律和運(yùn)動(dòng)公式求解； 解法二：分過程用動(dòng)能定理求解； 解法三：全過程用動(dòng)能定理求解. ［在投影儀上比較三種解法，并進(jìn)行題后總結(jié)］ 1.動(dòng)能定理不涉及運(yùn)動(dòng)過程中的加速度和時(shí)間，用它來處理問題要比牛頓定律方便. 2.用動(dòng)能定理解題，必須明確初末動(dòng)能，要分析受力及各力做的功. 3.全過程用動(dòng)能定理要比分過程用動(dòng)能定理更加方便. ［實(shí)踐操作題2］ ［投影］課本例題： 1.審題并思考： ①飛機(jī)初速度多大？末速度多大？ ②飛機(jī)運(yùn)動(dòng)過程中水平方向受到哪些力的作用？各個(gè)力的大小和方向如何？ 2.學(xué)生分組用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)能定理求解本題. 3.在投影儀上展示學(xué)生的求解過程及現(xiàn)場(chǎng)評(píng)析. 4.教師展示正確的解題過程： 分析:飛機(jī)原來是靜止的，初動(dòng)能Ek1=0，飛機(jī)在水平方向受到的外力是牽引力F1和阻力F2=kmg，在外力作用下，飛機(jī)在跑道上滑跑一段路程s，外力對(duì)飛機(jī)做功，飛機(jī)的動(dòng)能增加最后達(dá)到起飛速度v，末動(dòng)能Ek2=mv2，外力做的總功W=F1s－F2s=F1s－kmgs,由動(dòng)能定理可以求出牽引力. 解：由動(dòng)能定理得： F1s－kmgs=mv2 由此得：F1=+kmg 代入數(shù)值得：F1=1.8×104 N 5.拓展點(diǎn)評(píng)： 本題用牛頓第二定律和勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式求解，會(huì)得到相同的效果；用牛頓第二定律和勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式求解，要假定牽引力是恒力，而實(shí)際中牽引力不一定是恒力，動(dòng)能定理適用于變力，用它可以處理牽引力是變力的情況，這時(shí)求得的F是牽引力對(duì)位移的平均值. 四、小結(jié) 本節(jié)我們學(xué)習(xí)了動(dòng)能和動(dòng)能定理，重點(diǎn)是動(dòng)能定理，難點(diǎn)是如何正確認(rèn)識(shí)合力做功等于物體動(dòng)能的增量. 動(dòng)能定理是力學(xué)中的一條重要規(guī)律，經(jīng)常用來解決有關(guān)的力學(xué)問題，由于動(dòng)能定理不涉及物體運(yùn)動(dòng)過程中的加速度和時(shí)間，因此應(yīng)用動(dòng)能定理解題往往非常方便. 五、作業(yè) （一）課本練習(xí)三④⑤⑥⑦ （二）思考題 1.如圖所示，質(zhì)量為m的物塊與轉(zhuǎn)臺(tái)之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，物體與轉(zhuǎn)軸相距為R，物塊隨轉(zhuǎn)臺(tái)由靜止開始轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到某值時(shí)，物塊即將在轉(zhuǎn)臺(tái)上滑動(dòng)，此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)已開始做勻速運(yùn)動(dòng)，在這一過程中，摩擦力對(duì)物體做功為 A.0 B.2πμmgR C.2μmgR D.μmgR/2 2.某運(yùn)動(dòng)員臂長L，將質(zhì)量為m的鉛球推出，鉛球出手時(shí)的速度大小為 v0，方向與水平方向成 30°角，則該運(yùn)動(dòng)員對(duì)鉛球所做的功是 A. B.mgL +mv02 C. mv02 D.mgL + mv02 3.質(zhì)量m= 5.0 kg 的物體靜止于水平面上，現(xiàn)給物體施加一水平恒力 F = 20 N，使物體由靜止開始運(yùn)動(dòng) 10m后撤去 F，物體在水平面上繼續(xù)滑行了15m后停止，求物體運(yùn)動(dòng)過程中所受的摩擦阻力. 4.汽車在拱形橋上由A勻速地運(yùn)動(dòng)到B，下列說法中正確的是 A.牽引力與摩擦力做的功相等 B.牽引力和重力做的功大于摩擦力做的功 C.合外力對(duì)汽車不做功 D.重力做功的功率不變 5.如圖所示，一物塊以 6 m/s的初速度從曲面A點(diǎn)下滑，運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)速度仍為 6 m/s；若物體以 5 m/s的初速度仍由A點(diǎn)下滑，則它運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的速度 A.大于 5 m/s B.等于 5 m/s C.小于 5 m/s D.條件不足，無法計(jì)算 6.一個(gè)質(zhì)量為m的小球拴在鋼繩的一端，另一端用大小為F1 的拉力作用，在水平面上做半徑為R1的勻速圓周運(yùn)動(dòng)（如圖所示），今將力的大小改為F2，使小球仍在水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，但半徑變?yōu)镽2，小球運(yùn)動(dòng)的半徑由R1變?yōu)镽2過程中拉力對(duì)小球做的功多大？ 參考答案： 1.D 提示：μmg = m, mv2 =μmgR.所以Wf =mv2－0 =μmgR 2.A 提示：WF －mgL sin30°=mv02 3.全過程用動(dòng)能定理： Fs1－Fμ(s1 + s2) = 0 求得：Fμ= 8 N 4.C 5.A 6.W =(F2R2 － F1R1) 六、板書設(shè)計(jì)