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高一物理示范課 動(dòng)能和動(dòng)能定理 （貴州省思南中學(xué) 郝興昌） 整體設(shè)計(jì) 動(dòng)能定理是本章教學(xué)重點(diǎn)，也是整個(gè)力學(xué)的重點(diǎn)，《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求“探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系.理解動(dòng)能和動(dòng)能定理，用動(dòng)能定理解釋生活和生產(chǎn)中的現(xiàn)象”.因此，在實(shí)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(guò)程和方法的學(xué)習(xí)，以培養(yǎng)學(xué)生的“創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”為根本出發(fā)點(diǎn)，激勵(lì)學(xué)生“在教學(xué)過(guò)程中的主動(dòng)學(xué)習(xí)和探究精神”，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，促進(jìn)其個(gè)性全面健康地發(fā)展和情感態(tài)度與價(jià)值觀的自我體現(xiàn). 教學(xué)重點(diǎn) 理解動(dòng)能的概念；會(huì)用動(dòng)能的定義式進(jìn)行計(jì)算. 教學(xué)難點(diǎn) 1.探究功與物體速度變化的關(guān)系,知道動(dòng)能定理的適用范圍. 2.會(huì)推導(dǎo)動(dòng)能定理的表達(dá)式. 課時(shí)安排 1課時(shí) 三維目標(biāo) 知識(shí)與技能 1.理解動(dòng)能的概念. 2.熟練計(jì)算物體的動(dòng)能. 3.會(huì)用動(dòng)能定理解決力學(xué)問(wèn)題，掌握用動(dòng)能定理解題的一般步驟.過(guò)程與方法 1.運(yùn)用演繹推導(dǎo)方式推導(dǎo)動(dòng)能定理的表達(dá)式，體會(huì)科學(xué)探究的方法. 2.理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)習(xí)運(yùn)用動(dòng)能定理分析解決問(wèn)題的方法. 情感態(tài)度與價(jià)值觀 1.通過(guò)演繹推理的過(guò)程，培養(yǎng)對(duì)科學(xué)研究的興趣. 2.通過(guò)對(duì)動(dòng)能和動(dòng)能定理的演繹推理，使學(xué)生從中領(lǐng)略到物理等自然學(xué)科中所蘊(yùn)含的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬯P(guān)系，反映了自然界的真實(shí)美. 教學(xué)過(guò)程 導(dǎo)入新課 視頻導(dǎo)入 利用大屏幕投影展示風(fēng)力發(fā)電與龍卷風(fēng)的視頻片斷，讓學(xué)生觀察、自主提問(wèn)、分組探討. 教師引導(dǎo)參考問(wèn)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(lèi)帶來(lái)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 傳說(shuō)早在古希臘時(shí)期(公元前200多年)阿基米德曾經(jīng)利用杠桿原理設(shè)計(jì)了投石機(jī)，它能將石塊不斷拋向空中，利用石塊墜落時(shí)的動(dòng)能，打得敵軍頭破血流. 同學(xué)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(lái)進(jìn)一步改進(jìn)？學(xué)習(xí)了本節(jié)動(dòng)能和動(dòng)能定理，就能夠理解這種裝置的應(yīng)用原理. 問(wèn)題導(dǎo)入 英國(guó)傳統(tǒng)跑車(chē)的代表品牌蓮花也是以制造小排量、車(chē)體極度輕量化的速度機(jī)器而著稱(chēng).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(jì)錄. 使蓮花跑車(chē)速度達(dá)到100 km/h需要對(duì)它做多少功？如果這一過(guò)程是以恒定的額定功率實(shí)現(xiàn)的，那么該車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率大約應(yīng)是多少？ 推進(jìn)新課 一、動(dòng)能的表達(dá)式 情景設(shè)置：大屏幕投影問(wèn)題，可設(shè)計(jì)如下理想化的過(guò)程模型: 設(shè)某物體的質(zhì)量為m，在與運(yùn)動(dòng)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(wèn)題： 1.力F對(duì)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(gè)過(guò)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(dá)式代入W=Fl,可得F做的功W= 也就是W= 根據(jù)推導(dǎo)過(guò)程教師重點(diǎn)提示： 1.mv2是一個(gè)新的物理量. 2.是物體末狀態(tài)的一個(gè)物理量，是物體初狀態(tài)的一個(gè)物理量,其差值正好等于合力對(duì)物體做的功.合力F所做的功等于這個(gè)物理量的變化，所以在物理學(xué)中就用這個(gè)物理量表示物體的動(dòng)能. 總結(jié)：1.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. 2.動(dòng)能的公式：Ek=mv2. 3.動(dòng)能的標(biāo)矢性：標(biāo)量. 4.動(dòng)能的單位：焦（J）. 教師引導(dǎo)學(xué)生分析動(dòng)能具有瞬時(shí)性，是個(gè)狀態(tài)量：對(duì)應(yīng)一個(gè)物體的質(zhì)量和速度就有一個(gè)動(dòng)能的值.引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中思考分析，最終總結(jié)歸納出結(jié)論.同時(shí)注意實(shí)驗(yàn)方法——控制變量法. 例 質(zhì)量為2 kg的石塊做自由落體運(yùn)動(dòng)，求石塊在第1 s末、第2 s末的動(dòng)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(dòng)能值，明確變速運(yùn)動(dòng)的物體動(dòng)能是時(shí)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(shí)拓展 例2 一架?chē)姎馐斤w機(jī)，質(zhì)量m=5.0103 kg，起飛過(guò)程中從靜止開(kāi)始滑跑.當(dāng)位移達(dá)到l=5.3102 m時(shí)，速度達(dá)到起飛速度v=60 m/s.在此過(guò)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. 解法一：以飛機(jī)為研究對(duì)象，它做勻加速直線運(yùn)動(dòng)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(jī)為研究對(duì)象，它受到重力、支持力、牽引力和阻力作用，這四個(gè)力做的功分別為WG=0，W支=0，W牽=Fl，W阻=-kmgl.據(jù)動(dòng)能定理得：Fl-kmgl=mv2,代入數(shù)據(jù)，解得F=1.8104 N. 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(dòng)摩擦因數(shù)為μ，物體在水平力F作用下開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，發(fā)生位移s1時(shí)撤去力F，問(wèn)物體還能運(yùn)動(dòng)多遠(yuǎn)？ 解析：研究對(duì)象：質(zhì)量為m的物體. 研究過(guò)程：從靜止開(kāi)始，先加速，后減速至零. 受力分析、過(guò)程草圖如圖所示，其中mg（重力）、F（水平外力）、N（彈力）、f（滑動(dòng)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(yùn)動(dòng)分成兩個(gè)階段進(jìn)行求解 物體開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)位移為s1，水平外力F做正功，f做負(fù)功，mg、N不做功；初始動(dòng)能Ek0=0，末動(dòng)能Ek1= 根據(jù)動(dòng)能定理：Fs1-fs1=-0 又滑動(dòng)摩擦力f=μN(yùn),N=mg 則：Fs1-μmgs1=-0 物體在s2段做勻減速運(yùn)動(dòng)，f做負(fù)功，mg、N不做功；初始動(dòng)能Ek1=,末動(dòng)能Ek2=0 根據(jù)動(dòng)能定理：-fs2=0-,又滑動(dòng)摩擦力f=μN(yùn),N=mg 則：μmgs2=0- 即Fs1-μmgs1-μmgs2=0-0 s2=. 方法二：從靜止開(kāi)始加速，然后減速為零,對(duì)全過(guò)程進(jìn)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(dòng)摩擦力f在（s1+s2）段做負(fù)功，mg、N不做功；初始動(dòng)能Ek0=0，末動(dòng)能Ek=0 在豎直方向上:N-mg=0 滑動(dòng)摩擦力f=μN(yùn) 根據(jù)動(dòng)能定理：Fs1-μmg（s1+s2）=0-0 得s2=. 布置作業(yè) 教材“問(wèn)題與練習(xí)”第3、4、5題. 板書(shū)設(shè)計(jì) 動(dòng)能和動(dòng)能定理 活動(dòng)與探究 課題：估測(cè)自行車(chē)受到的阻力 目的：自行車(chē)仍是我國(guó)主要的代步工具，根據(jù)動(dòng)能定理估測(cè)自行車(chē)行駛過(guò)程中所受阻力，既加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，又可以使學(xué)生形成學(xué)以致用的思想. 方法：騎自行車(chē)時(shí)，如果停止用力蹬腳蹬，設(shè)此時(shí)自行車(chē)的速度為v0，由于受到阻力f作用，自行車(chē)前進(jìn)一段距離l后將會(huì)停下來(lái)，根據(jù)動(dòng)能定理，有-fl=0 即阻力f= 實(shí)驗(yàn)中需測(cè)出人停止用力后自行車(chē)前進(jìn)的距離l，自行車(chē)和人的總質(zhì)量m，以及初速度v0. 初速度可以通過(guò)以下三種方法測(cè)得： 1.在停止用力前，盡可能使自行車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)測(cè)量時(shí)間和距離，計(jì)算出平均速度，以它作為停止用力時(shí)的初速度. 2.測(cè)出自行車(chē)從停止用力到靜止時(shí)前進(jìn)的距離和時(shí)間，再根據(jù)勻減速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，求出初速度. 3.停止用力時(shí)從車(chē)上釋放一個(gè)小石塊，測(cè)出釋放的高度和石塊在水平方向通過(guò)的距離，即可求得初速度. 教 學(xué) 反 思 探究式教學(xué)是實(shí)現(xiàn)物理教學(xué)目標(biāo)的重要方法之一，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、發(fā)展學(xué)生非智力因素的重要途徑.因此，本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)從動(dòng)能的概念入手就注重對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)，使學(xué)生在探究中提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、解決問(wèn)題.在操作上，本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)注重為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)和諧自由的教學(xué)氛圍.在動(dòng)能的影響因素及動(dòng)能定理表達(dá)式的推導(dǎo)過(guò)程中，有師生間的討論、分析，甚至是相互質(zhì)疑.在探究過(guò)程中，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生從外力做功和物體的動(dòng)能變化量?jī)蓚€(gè)方面思考，選擇受力情況較為簡(jiǎn)單，而動(dòng)能變化量又較容易得到的具體運(yùn)動(dòng)形式，同時(shí)要考慮誤差的大小.在解題過(guò)程中，讓學(xué)生體會(huì)到了運(yùn)用動(dòng)能定理解決問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn)和方法、步驟.本節(jié)課運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探究法，通過(guò)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(dòng)能和質(zhì)量、速度的關(guān)系.