《动能和动能定理》教学设计.docx

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《动能和动能定理》教学设计

 《动能和动能定理》教学设计

教材内容的地位

     动能定理是功能关系的重要体现，是推导机械能守恒定律的依据，因此是本章的重中之重。

在整个经典物理学中，动能定理又与牛顿运动定律、动量定理并称为解决动力学问题的三大支柱。

也是每年高考必考内容。

因此学好动能定理对每个学生都尤为重要。

新课标要求

（一）知识与技能

1、掌握动能的表达式，理解动能的概念，利用动能定义式进行计算，并能比较不同物体的动能；

2、掌握动能定理的表达式，理解动能定理表述的物理意义，并能进行相关分析与计算；

3、理解动能定理的确切含义，应用动能定理解决实际问题。

4、培养学生探究过程中获取知识、分析实验现象、处理数据的能力。

5、理论联系实际，学习运用动能定理分析解决问题的方法。

（二）过程与方法

1、设置问题启发学生的思考，让学生掌握解决问题的思维方法。

2、探究和验证过程中掌握观察、总结、用数学处理物理问题的方法。

3、经历科学规律探究的过程、认识探究的意义、尝试探究的方法、培养探究的能力。

4、掌握恒力作用下利用牛顿运动定律和功的公式推导动能定理；

（三）情感、态度与价值观

1、感受物理学中定性分析与定量表述的关系，学会用数学语言推理的简洁美；

2、感受成功实验、团结、协作的的魅力，体验探究的愉悦，激发了探究意识，培养学生对科学研究的兴趣；

3、体会从特殊到一般的研究方法，领略自然的奇妙和谐，培养好奇心与求知欲使学生乐于探索。

学情分析

 1、学生在初中对动能有了感性认识，在高中要定量分析。

2、高中生的认识规律是从感性认识到理性认识，从定性到定量。

3、通过前几节的学习，了解了功并能进行简单的计算初步了解了功能关系。

但对物体做的功与其动能的具体关系还不清楚，这就是本节重点解决的问题。

教学重点

1、利用实验法探究动能定理；

2、动能定理及其应用。

教学难点

1、利用实验法探究动能定理；

2、动能定理及其应用。

教学方法

启发式、实验探究、推理归纳法、类比讨论等

教学工具

铁架台（附铁夹）、打点计时器、低压交流电源、导线、纸带、重物（带夹子）、刻度尺、多媒体

教学过程

导入新课

（一）演示实验：

（可利用媒体资料中的动画）

①介绍实验装置：

让滑块A从光滑的导轨上滑下，与木块B相碰，推动木块做功.

 ②演示并观察现象

a.让同一滑块从不同的高度滑下，可以看到：

高度大时滑块把木块推得远，对木块做的功多.

b.让质量不同的滑块从同一高度滑下，可以看到：

质量大的滑块把木块推得远，对木块做的功多.

③从功能关系定性分析得到：

一个物体能够对外做功，它就具有能量。

功是能量转化的量度。

做了多少功就有多少能量发生转化。

④由于物体运动而具有的能。

物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大.那么动能与物体的质量和速度之间有什么定量关系呢?

那么，如何设计一个简便易行的实验，探究功与速度的数量关系呢？

（二）实验探究

根据前面所学的知识，我们知道最容易计算和测量的功是mgh，利用打点计时器可以测量v。

因此，在教学中模拟验证机械能守恒定律的实验，为学生创设科学探究的情境，采取回顾旧知识——提出新问题——科学猜想——数学类比推理——分析归纳——实验验证——总结规律——解决实际问题的探究策略,引导学生设计实验方案，归纳实验目的、方法、步骤等展开探究活动。

处理数据时通过计算机系统进行，以简化过程节省时间。

具体操作如下：

    一、回顾旧知识——提出新问题

     1．如何计算和测量重力做功？

如何测量物体的速度？

2．重力对物体做功，物体的运动速度如何变化呢？

二、创设情境——设计实验——制定计划

1．为避免漫无边际的乱猜，引导学生联想自由落体运动的特点，讨论重力做功和速度变化的关系。

根据mgh和测量v的方法制定、设计实验方案。

2．展示学生的设计成果，选择最佳方案分析、补充，归纳出实验目的、原理、器材，装置图：

三、讨论、分析注意事项：

1.装置要竖直，尽量减小纸带与限位孔间的摩擦，纸带无初速释放，重物的质量和密度应较大, 以减小阻力，确保自由落体运动。

2.纸带30-40cm长，选用点迹清晰，呈一条直线，第1、2两点间距接近2mm的纸带进行研究。

    3.平均速度法计算v:

     vn= （hn+1-h n-1）/2T。

四、实验验证——分组操作：

如图安装、打点、换纸带、换物体、重复，挑选纸带记下第一个点的位置O，依次选取几个较方便的点，量出各点到O的距离，计算出各点的v ，进行研究。

五、数据处理——科学猜想（以一条纸带为例）

M（kg）

0.28

g

9.80

H（cm）

2.00

3.86

5.36

7.96

10.30

13.45

16.50

20.45

24.20

29.12

33.90

W（J）

0.11

0.15

0.22

0.28

0.37

0.45

0.56

0.66

0.80

0.93

V

（m/s2）

0.84

1.03

1.24

1.37

1.55

1.75

1.93

2.17

2.43

V1/2

0.92

1.01

1.11

1.17

1.24

1.32

1.39

1.47

1.56

V1/3

0.94

1.01

1.07

1.11

1.16

1.21

1.24

1.29

1.34

v2

0.71

1.05

1.53

1.88

2.40

3.06

3.71

4.70

5.88

V3

0.59

1.08

1.88

2.59

3.72

5.36

7.13

10.18

14.26

W/V

0.13

0.14

0.18

0.21

0.24

0.26

0.29

0.31

0.33

W/V2

0.15

0.15

0.14

0.14

0.15

0.15

0.15

0.15

0.14

0.14

W/V3

0.18

0.14

0.12

0.11

0.10

0.08

0.08

0.07

0.06

六、分析归纳——类比论证：

 1．将所测质量和下落高度输入电子表格，自动生成数据，通过比较：

W/v2是个定值（表中的0.15、是平均值），从数据看，几乎是质量的一半。

2．可以引导学生从单位分析：

1N.m/m2.s2=1N/m. s2=1kg，是质量单位，猜测关系：

 W/v2=m——W=mv2。

3．总结归纳：

功是能量变化的量度，做功总是伴随着能量的变化，因此mv2是一种能量，v是速度，mv2应当是动能，这也解决了学生长期以来的疑惑——动能的表达式为什么是mv2。

w=  mv22-  mv12  ——重力做功与速度的关系。

4．根据实验数据引导学生作W-v2 图象，计算图象的斜率，写出表达式：

k=,得到：

5．理论推导自由落体运动中重力做功与速度的关系:

W=mgh

h=

w=  mv22-  mv12

七、     总结规律——得出结论：

1．实验中忽略了阻力，实际上w=（mg－f）h，是总功。

W总=  mv22-  mv12

2．

3．拓宽:

平面上受水平力做功的情况：

W总=（F-f）s

W总=  mv22-  mv12

F-f=ma ；  s= ；  W总=（F-f）s=mas=ma

进一步推广归纳，得到合外力做的总功等于物体动能的变化量。

W总=  mv22-  mv12，是做功和速度的数量关系，即动能定理。

八、实验验证——拓宽延伸

【媒体展示】实验步骤和注意事项：

1．用天平测出小车和小桶的质量M和m，把数据记录下来。

（砂和小桶的总质量不要超过小车和砝码的总质量的1/10。

）

2．按如图装置把实验器材安装好，只是不把挂小桶用的细线系在小车上，即不给小车加牵引力。

3．平衡摩擦力：

在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态（可以从纸带上打的点是否均匀来判断）。

　　 4．在小车上加放砝码，小桶里放入适量的沙，把砝码和沙的质量记录下来。

把细线系在小本上并绕过滑轮悬挂小桶，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号。

　　 5、保持小车的质量不变，改变沙的质量（要用天平称量），按步骤4分组实验。

W总=  mv22-  mv12

6、根据实验数据引导学生作W-v2 图象，计算图象的斜率，写出表达式：

k=,得到：

即：

合外力做的总功等于物体动能的变化量。

反馈练习

【媒体展示——应用举例】

1、在光滑的地板上，用水平拉力分别使两个物块由静止获得相同的动能，那么可以肯定 （   D   ）

A、水平拉力相等

B、两物块质量相等

C、两物块速度变化相等

D、水平拉力对两物块做功相等

教师引导学生要深刻理解动能定理，分析各个物理量加以解决【媒体展示——例题】

例1、质量10kg,初速度20m/s 的物体冲上动摩擦系数μ=与水平面成30°角的斜面,运动速度变为10m/s时位移是多少？

解：

画图，进行受力分析,研究受力情况，分析各力

做功情形，确定始、末态的动能，（合外力做负功），

 F合 =  mgsinθ+μmgcosθ,

　 -F合s= mvt2－mv02， s=15m

也可以引导部分学生利用牛顿运动定律解决，并加以比较优劣。

【媒体展示——应用总结】

引导学生总结一下动能定理的应用步骤：

（1）明确研究对象及所研究的物理过程。

（2）分析物理过程，分析研究对象在运动过程中的受力情况，画受力示意图，及过程状态草图，明确各力做功情况，即是否做功，是正功还是负功。

求出这些力的功的代数和。

（3）确定始、末态的动能。

（未知量用符号表示），根据动能定理列出方程

W总=Ek2—Ek1

（4）根据动能定理建立方程，代入数据求解，对结果进行分析、说明或讨论。

课堂总结：

学生叙述

【媒体展示】

1、  Ek=mv2

2、W总=  mv22-  mv12

3、动能定理的应用步骤：

（1）明确研究对象及所研究的物理过程。

（2）分析物理过程，分析研究对象在运动过程中的受力情况，画受力示意图，及过程状态草图，明确各力做功情况，即是否做功，是正功还是负功。

求出这些力的功的代数和。

（3）确定始、末态的动能。

（未知量用符号表示），根据动能定理列出方程        W总=Ek2—Ek1

（4）根据动能定理建立方程，代入数据求解，对结果进行分析、说明或讨论。

布置作业

1.一物体速度由0增加到v,再从v增加到2v,外力做功分别为W1和W2，则W1和W2关系正确的是（      ）

A.W1=W2                       B.W2=2W1

C.W2=3W1                      D.W2=4W1

2.一质量为2kg的滑块，以4m/s的速度在光滑的水平面上向左滑行，从某一时刻起，在滑块上作用一向右的水平力，经过一段时间，滑块的速度方向变为向右，大小为4m/s，在这段时间里水平力做的功为（      ）

A.0          B.8J         C.