高考物理最新教案高中物理教师备课资料动能的改变Word格式文档下载.docx

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如今，人们已经掌握了把原子能转化为电能的技术。

在对各类能源的利用中，能量的转化是如何进行的?

外力做功对能量的变化有什么影响?

不同形式的能量如何转化?

能源的开发给人类带来了什么正面与负面的影响?

本章我们将学习这些内容。

本章要求

通过实验，探究恒力做功与物体动能变化的关系。

理解动能和动能定理。

用动能定理解释生活和生产中的现象。

理解重力势能。

知道重力势能的变化与重力做功的关系。

通过实验，验证机械能守恒定律。

理解机械能守恒定律。

用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。

了解自然界中存在多种形式的能量。

知道能量守恒是最基本、最普遍的自然规律之一。

通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要性。

了解能源与人类生存和社会发展的关系，知道可持续发展的重大意义。

【知识点讲解】

动能

（鲁科K）运动的物体可以做功，所以物体由于运动而具有能量。

例如，流动的空气可以做功，台风、龙卷风（图2—3）等具有巨大的能量，或拔起大树，或掀翻汽车，或摧毁房屋等。

物理学中把物体由于运动而具有的能叫做动能（Kineticenergy）。

人类利用动能已有很长的历史。

例如，在船上加挂风帆，利用风能来推动帆船前进；

制造风车和水车，利用风和流动的水从事各种生产活动。

现在我们能够更有效地利用风和水流的动能来发电。

那么，物体动能的大小跟哪些因素有关呢?

让我们用一个小实验来回顾初中物理介绍过的内容。

动能的大小跟运动物体的质量、运动速度有关。

物体的质量m越大，运动速度越大，动能Jk就越大。

在物理学中，把物体的动能表示为

动能是标量。

它的单位与功的单位相同，在国际单位制中都是J。

从上式也可以看出，1kg·

（m/s）2=1kg·

（m/s2）·

m=1N·

m=1J。

（鲁科J）本节的第一部分是通过实例让学生认识到运动的物体可以对外做功，具有能量，称为动能。

动能的概念、动能与哪些因素有关等，学生在初中已经学过，建议在教学中结合实验和实例，让学生复习初中所学的动能知识。

（人教K）动能的表达式

（人教K）通过上节的探究我们已经了解力所做的功与物体所获得的速度的关系.那么，物体的动能的表达式究竟是什么？

设某物体的质量为m，在与运动方向相同的恒力F的作用下发生一段位移l，速度由

，增加到

，如图5.7-1所示.这个过程中力F做的功W=Fl..

是匀变速运动的规律.这个物体的运动是匀变速运动吗？

根据牛顿第二定律F=ma

而

即

把F、l表达式代入W=Fl，可得F做的功

也就是

从这个式子可以看出，“

”很可能是一个具有物定意义的物理量.因为这个量在过程终了时和过程开始时的差，正好等于力对物体做的功，所以“

”应该就是我们寻找的动能表达式.上节的探究已经表明，力对初速度为零的物体所做的功与物体速度的二次方成正比，这也印证了我们的想法.于是，我们说质量为m的物体，以速度v运动时的动能是

（1）

动能也是标量，它的单位与功的单位相同，在国际单位制中都是焦耳，这是因为1

J.我国在1970年发射的第一颗人造地球卫星，质量为173kg，运动速度为7.2km/s，它的动能

（人教J）

（1）动能的表达式：

在前几节的学习中，学生已经建立了一种认识，那就是某个力对物体做功一定对应着某种能量形式的变化．本节就是来寻找动能的表达式.因为有前几节的基础，本节可以放手让学生自己去推理和定义动能的表达式．

在本章的第一节“追寻守恒量”中，已经知道物体由于运动而具有的能量叫动能．上一节又探究了功与物体速度变化的关系，学生会通过推理得出，物体的动能一定与物体的运动速度的二次方成正比．动能还与哪些因素有关呢?

学生可能会猜出物体的动能与物体的质量等因素有关，但动能的表达式还应该进行理论的推导．

首先应使物体的运动速度发生变化，因为速度变化，物体的动能就变化．使物体速度变化的原因是物体受到了力的作用，从最简单的方法人手，应是给物体施加一个恒力，使物体做匀加速直线运动，在该过程中求出力F对物体所做的功W，得到

.应引导学生思考，

这一物理量具有怎样的特定意义，为什么它就是我们要寻找的动能的表达式，它是描述状态的物理量还是描述过程的物理量，它是矢量还是标量等问题．本教材这样做，不像以前通过某些实验，得出某些结论的简单做法，而是增加了探索的气氛．教材对这类问题的处理是为了教学而设计的，不一定与历史轨迹完全相同，但却符合人们探索时的认识规律，体现了科学探究的特点．

（沪科K）动能动能定理

（沪科K）我们来分析

（1）式的物理意义。

1．等式左边的Fs是我们在初中就已熟悉的功的计算式（W=Fs），是汽车行驶距离s的过程k,牵引力所做的功。

2．等式右边的两项跟汽车的质量和速度有关，物理学中把

叫做物体的动能（kineticenergy），用符号E表示，即

汽车牵引力是工程技术上为了计算方便而引入的一个等效力。

在汽车行驶过程中，发动机动力做功，可以等效地看成是牵引力对汽车做功。

（注：

（沪科J）《课程标准》要求通过科学探究认识动能定理、“探究汽车动能的变化”就是根据学生熟悉的牛顿运动定律，从理论上分析推导，得出

（1）式。

（沪科J）用图3—3对汽车的运动做合理的简化，即假设汽车运动过程中牵引力不变，且水平方向只受牵引力作用。

要让学生认识到，对研究对象作小合理的简化、突出主要问题、建立模型，是物理学研究问题的重要方法。

（沪科J）在教学中对

（1）式应引导学生：

写出推导过程。

教师应根据学生推导的情况作出评价。

（沪科J）对

（1）式，特别是等号的右边，要让学生理解其所代表的物理意义。

）

动能是标量，在国际单位制中，动能的单位是焦，符号是Jo那么，在计算动能时，质量和速度的单位应如何确定呢?

请思考：

大货车与小汽车以相同的速率行驶时，谁具有的动能大?

同一辆小汽车，或以60km／h的速率行驶，或以110km／h的速率行驶，它以哪个速率行驶时所具有的动能大?

3.

-

反映了汽车从初状态到末状态的动能变化，我们称它为汽车动能的增量，即

。

于是

（1）式可写成：

（2）

它表明：

力对物体所做的功等于物体动能的增量。

物理学中把这个结论叫做动能定理（theoremofkineticenergy）。

动能定理表明：

物体动能的变化可以用功来量度。

动能定理虽是以汽车的运动为例推导出来的，但具有普遍意义，它是一条重要的物理规律。

物理量的增量是指后一时刻的量值减去前一时刻的量值。

（沪科K）多学一点过程量与状态量

由动能定理的分析过程可知，动能是跟物体的运动状态有关的物理量。

是物体在速度为v

：

时刻的动能，

时刻的动能．W是物体由速度ul增大到。

过程中，力对物体做的功，它反映的是力对物体的做功过程。

由此可见，功是力对物体作用的过程量，动能是跟物体运动有关的状态量。

动能定理则把做功过程与物体状态（动能）的变化联系了起来。

下面再用实验来探究动能定理。

恒力做功与动能改变的关系

（鲁科K）仔细观察会发现，在上面的小实验中，右面的小球通过撞击过程对左面的小球做功后，使左面的小球从静止开始运动，左面的小球的动能从无到有。

滚动的保龄球具有动能，当其对外做功时速度变小（图2-5）。

我们不禁会问，外力对物体做功，该物体的动能会增加吗?

如果物体对外做功，该物体的动能会减少吗?

做功与动能的改变之间究竟有什么关系呢?

（鲁科K）我们从简单的情况人手，通过实验来探究恒力做功与动能改变的关系。

（鲁科K）方法点拨

在进行实验探索、收集数据时，需要考虑什么是有价值的数据，用什么方法来获得这些数据，以及如何证明这些数据是可靠的。

判断一个结论是否科学的一个重要标准，是看它是否具有可重复性，即不论由谁来做这个实验，也不论做几次，在允许的误差范围内结果都应该是相同的。

另外，在进行实验时，操作应规范；

在收集数据时，应实事求是，坚持严谨认真的科学态度。

（沪科K）恒力做功与物体动能变化的关系

（沪科K）分析论证研究汽车动能的变化过程

如图3—3所示．假设有一辆质量为m的汽车，在不变的牵引力F作用下行驶，速度由

增加到

，相应的行驶距离为s。

那么，在此过程小，汽车的加速度多大；

汽车运动的速度

、

跟加速度a、距离s的关系是怎样的?

由此能否推导出下式？

做直线运动的物体位移大小和距离是相等的

请试一试，并将推导过程写出来

你知道

（1）式的物理意义吗?

图3-3汽车在不变的牵引力作用下运动，速度增加

公路上为会么要限制车速

（沪科K）当公路上行驶的车辆意外发生碰撞时，它们的损坏程度和事故的严重性跟碰撞前车辆的动能大小有关，而车辆的动能则取决于车辆的质量和速度的平方固此在公路上．尤其是在高速公路上，都有限制车速的标志。

货车、客车的质量较大，对它们速度大小的限制值要比轿车小一些。

例如，高速公路对中、重型车辆和客车的车速限制一般呈100km/h．对轿车一般是120km／h。

（沪科K）有的汽车（如城市中的双层客车）在设计时厂家茕把车速限制在70km/h：

当汽车速度高于70km/h时．即使驾驶员踩油门，燃油系统也不会把燃油送到发动机中，直到汽车速度低干70km／h，才会恢复供油

【生活应用】

【课本习题】

（沪科K）家庭作业与活动

1．（沪科K）举出生活中做功使物体动能变化的例子，并分析这些功是正功．还是负功你能举出“做了功．而没有改变物体动能”，或者“物体的动能改变了．但没有做功”的例子吗?

2．（沪科K）把—辆汽车的速度从10km/h提高到20km/h，跟把这辆汽车从50km/h提高到60km/h相比．哪种情况下要做较多的功，试通过分析计算来说明。

由于

3．（沪科K）质量是0.5kg的物体，从15m高处F落到10m高处，在这个过程巾．重力对物体做厂多少功?

物体的动能增加了多少?

3.（沪科K）表中的资料取白<

道路文通规则），内容是关于在适宜驾驶的情况下．小汽车的速率与反应时间、刮动距离的关系。

速率反应时间制动距离

10nu√O．7s8m

20nmsO．7s30m

30ms…O．7s68m

（1）反应距离与司机的反应时间有关，那么反应距离与车速有什么关系，

（2）司机做出反应（即大脑判定需要刹车）和踏下制动器需要时间，而在踏下制动器G．汽车仍要走一段距离才能停下来、

a.根据上去，汽车速率在30m/s时，刹车距离多长？

b.两车同样以30m/s的速率一前一后地行驶