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高一物理示范課 動能和動能定理 （貴州省思南中學 郝興昌） 整體設(shè)計 動能定理是本章教學重點，也是整個力學的重點，《課程標準》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，在實際教學中要注重全體學生的發(fā)展，改變學科本位的觀念，注重科學探究，提倡學習方式的多樣化、強調(diào)過程和方法的學習，以培養(yǎng)學生的“創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和實踐能力”為根本出發(fā)點，激勵學生“在教學過程中的主動學習和探究精神”，調(diào)動學生學習的主動性、積極性，促進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). 教學重點 理解動能的概念；會用動能的定義式進行計算. 教學難點 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圍. 2.會推導動能定理的表達式. 課時安排 1課時 三維目標 知識與技能 1.理解動能的概念. 2.熟練計算物體的動能. 3.會用動能定理解決力學問題，掌握用動能定理解題的一般步驟.過程與方法 1.運用演繹推導方式推導動能定理的表達式，體會科學探究的方法. 2.理論聯(lián)系實際，學習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，培養(yǎng)對科學研究的興趣. 2.通過對動能和動能定理的演繹推理，使學生從中領(lǐng)略到物理等自然學科中所蘊含的嚴謹?shù)倪壿嬯P(guān)系，反映了自然界的真實美. 教學過程 導入新課 視頻導入 利用大屏幕投影展示風力發(fā)電與龍卷風的視頻片斷，讓學生觀察、自主提問、分組探討. 教師引導參考問題：1.風力發(fā)電是一種重要的節(jié)能方法，風力發(fā)電的效率與哪些因素有關(guān)？ 2.龍卷風給人類帶來了極大的災(zāi)難，龍卷風為什么具有那么大的能量呢？ 故事導入 傳說早在古希臘時期(公元前200多年)阿基米德曾經(jīng)利用杠桿原理設(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. 同學們思考一下，為了提高這種裝置的殺傷力，應(yīng)該從哪方面考慮來進一步改進？學習了本節(jié)動能和動能定理，就能夠理解這種裝置的應(yīng)用原理. 問題導入 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，卻可以創(chuàng)造出百公里加速5.9 s的驚人紀錄. 使蓮花跑車速度達到100 km/h需要對它做多少功？如果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？ 推進新課 一、動能的表達式 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得到什么樣的式子？ 推導：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=2al,即l= 把F、l的表達式代入W=Fl,可得F做的功W= 也就是W= 根據(jù)推導過程教師重點提示： 1.mv2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=mv2. 3.動能的標矢性：標量. 4.動能的單位：焦（J）. 教師引導學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.引導學生學會從實驗現(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 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=gt1=101 m/s=10 m/s,v2=gt2=102 m/s=20 m/s Ek1=mv12=100 J,Ek2=mv22=400 J. 答案：100 J 400 J 知識拓展 例2 一架噴氣式飛機，質(zhì)量m=5.0103 kg，起飛過程中從靜止開始滑跑.當位移達到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：以飛機為研究對象，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 ① 又v2-02=2al,所以a= ② 由①和②得:F-kmg= F=kmg+=0.02510310 N+5103N=1.8104 N. 解法二：以飛機為研究對象，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. 課堂訓練 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μ，物體在水平力F作用下開始運動，發(fā)生位移s1時撤去力F，問物體還能運動多遠？ 解析：研究對象：質(zhì)量為m的物體. 研究過程：從靜止開始，先加速，后減速至零. 受力分析、過程草圖如圖所示，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 物體開始做勻加速運動位移為s1，水平外力F做正功，f做負功，mg、N不做功；初始動能Ek0=0，末動能Ek1= 根據(jù)動能定理：Fs1-fs1=-0 又滑動摩擦力f=μN,N=mg 則：Fs1-μmgs1=-0 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=,末動能Ek2=0 根據(jù)動能定理：-fs2=0-,又滑動摩擦力f=μN,N=mg 則：μmgs2=0- 即Fs1-μmgs1-μmgs2=0-0 s2=. 方法二：從靜止開始加速，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=μN 根據(jù)動能定理：Fs1-μmg（s1+s2）=0-0 得s2=. 布置作業(yè) 教材“問題與練習”第3、4、5題. 板書設(shè)計 動能和動能定理 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，根據(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)知識的理解，又可以使學生形成學以致用的思想. 方法：騎自行車時，如果停止用力蹬腳蹬，設(shè)此時自行車的速度為v0，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，根據(jù)動能定理，有-fl=0 即阻力f= 實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，計算出平均速度，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，再根據(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. 教 學 反 思 探究式教學是實現(xiàn)物理教學目標的重要方法之一，同時也是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、發(fā)展學生非智力因素的重要途徑.因此，本節(jié)教學設(shè)計從動能的概念入手就注重對學生的引導，使學生在探究中提出問題、設(shè)計方案、解決問題.在操作上，本節(jié)教學設(shè)計注重為學生創(chuàng)設(shè)一個和諧自由的教學氛圍.在動能的影響因素及動能定理表達式的推導過程中，有師生間的討論、分析，甚至是相互質(zhì)疑.在探究過程中，重點引導學生從外力做功和物體的動能變化量兩個方面思考，選擇受力情況較為簡單，而動能變化量又較容易得到的具體運動形式，同時要考慮誤差的大小.在解題過程中，讓學生體會到了運用動能定理解決問題的優(yōu)點和方法、步驟.本節(jié)課運用實驗探究法，通過質(zhì)量相同的物體高度的不同和高度相同質(zhì)量不同的兩種情況，得出動能和質(zhì)量、速度的關(guān)系.