高中物理示范课《动能和动能定理》

高一物理示范课动能和动能定理动能定理是本章教学重点，也是整个力学的重点，《课程标准》要求“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”.因此，在实际教学中要注重全体学生的发展，改变学科本位的观念，注重科学探究，提倡学习方式的多样化、强调过程和方法的学习，以培养学生的“创新意识、创新精神和实践能力”为根本出发点，激励学生“在教学过程中的主动学习和探究精神”，调动学生学习的主动性、积极性，促进其个性全面健康地发展和情感态度与价值观的自我体现.教学重点理解动能的概念；会用动能的定义式进行计算.教学难点1.探究功与物体速度变化的关系,知道动能定理的适用范围.2.会推导动能定理的表达式.课时安排 1课时三维目标知识与技能1.理解动能的概念.2.熟练计算物体的动能.3.会用动能定理解决力学问题，掌握用动能定理解题的一般步骤.过程与方法1.运用演绎推导方式推导动能定理的表达式，体会科学探究的方法.2.理论联系实际，学习运用动能定理分析解决问题的方法.情感态度与价值观1.通过演绎推理的过程，培养对科学研究的兴趣.2.通过对动能和动能定理的演绎推理，使学生从中领略到物理等自然学科中所蕴含的严谨的逻辑关系，反映了自然界的真实美.教学过程导入新课视频导入利用大屏幕投影展示风力发电与龙卷风的视频片断，让学生观察、自主提问、分组探讨.教师引导参考问题：1.风力发电是一种重要的节能方法，风力发电的效率与哪些因素有关？2.龙卷风给人类带来了极大的灾难，龙卷风为什么具有那么大的能量呢？故事导入传说早在古希腊时期(公元前200多年)阿基米德曾经利用杠杆原理设计了投石机，它能将石块不断抛向空中，利用石块坠落时的动能，打得敌军头破血流.同学们思考一下，为了提高这种装置的杀伤力，应该从哪方面考虑来进一步改进？学习了本节动能和动能定理，就能够理解这种装置的应用原理.问题导入英国传统跑车的代表品牌莲花也是以制造小排量、车体极度轻量化的速度机器而著称.一辆莲花Elise,排量只有1.8 L ，由于重量只有675 kg ，却可以创造出百公里加速5.9 s 的惊人纪录. 使莲花跑车速度达到100 km/h 需要对它做多少功？如果这一过程是以恒定的额定功率实现的，那么该车发动机的额定功率大约应是多少？ 推进新课一、动能的表达式情景设置：大屏幕投影问题，可设计如下理想化的过程模型: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v 1增加到v 2，如图所示.提出问题：1.力F 对物体所做的功是多大？2.物体的加速度是多大？3.物体的初速度、末速度、位移之间有什么关系？4.结合上述三式你能综合推导得到什么样的式子？ 推导：这个过程中，力F 所做的功为W=Fl 根据牛顿第二定律F=ma而2122v v -=2al,即l=av v 22122-把F 、l 的表达式代入W=Fl,可得F 做的功W=av v ma 2)(2122-也就是W=21222121mv mv根据推导过程教师重点提示： 1.21mv 2是一个新的物理量. 2.2221mv 是物体末状态的一个物理量，2121mv 是物体初状态的一个物理量,其差值正好等于合力对物体做的功.合力F 所做的功等于这个物理量的变化，所以在物理学中就用这个物理量表示物体的动能.总结：1.物体的动能等于物体质量与物体速度的二次方的乘积的一半.2.动能的公式：E k =21mv 2.3.动能的标矢性：标量.4.动能的单位：焦（J ）.教师引导学生分析动能具有瞬时性，是个状态量：对应一个物体的质量和速度就有一个动能的值.引导学生学会从实验现象中思考分析，最终总结归纳出结论.同时注意实验方法——控制变量法.例 质量为2 kg 的石块做自由落体运动，求石块在第1 s 末、第2 s 末的动能是多少？解析：先求出第1 s 末和第2 s 末的速度再求出动能值，明确变速运动的物体动能是时刻变化的.v 1=gt 1=10×1 m/s=10 m/s,v 2=gt 2=10×2 m/s=20 m/sE k1=21mv 12=100 J,E k2=21mv 22=400 J.答案：100 J 400 J知识拓展例2 一架喷气式飞机，质量m=5.0×103 kg ，起飞过程中从静止开始滑跑.当位移达到l=5.3×102 m 时，速度达到起飞速度v=60 m/s.在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重力的0.02倍.求飞机受到的牵引力.解法一：以飞机为研究对象，它做匀加速直线运动且受到重力、支持力、牵引力和阻力作用F 合=F-kmg=ma ① 又v 2-02=2al,所以a=lv 22②由①和②得:F-kmg=lv m 22F=kmg+l v m 22=0.02×5×103×10 N+5×103×22103.5260⨯⨯N=1.8×104N. 解法二：以飞机为研究对象，它受到重力、支持力、牵引力和阻力作用，这四个力做的功分别为W G =0，W 支=0，W 牵=Fl ，W 阻=-kmgl.据动能定理得：Fl-kmgl=21mv 2,代入数据，解得F=1.8×104N. 课堂训练质量为m 的物体静止在水平桌面上，它与桌面之间的动摩擦因数为μ，物体在水平力F 作用下开始运动，发生位移s 1时撤去力F ，问物体还能运动多远？ 解析：研究对象：质量为m 的物体.研究过程：从静止开始，先加速，后减速至零. 受力分析、过程草图如图所示，其中mg （重力）、F （水平外力）、N （弹力）、f （滑动摩擦力），设加速位移为s 1，减速位移为s 2方法一：可将物体运动分成两个阶段进行求解物体开始做匀加速运动位移为s 1，水平外力F 做正功，f 做负功，mg 、N不做功；初始动能E k0=0，末动能E k1=2121mv根据动能定理：Fs 1-fs 1=2121mv -0又滑动摩擦力f=μN,N=mg则：Fs 1-μmgs 1=2121mv -0物体在s 2段做匀减速运动，f 做负功，mg 、N 不做功；初始动能E k1=2121mv ,末动能E k2=0根据动能定理：-fs 2=0-2121mv ,又滑动摩擦力f=μN,N=mg则：μmgs 2=0-2121mv即Fs 1-μmgs 1-μmgs 2=0-0 s 2=mgs mg F μμ1)(-.方法二：从静止开始加速，然后减速为零,对全过程进行求解.设加速位移为s 1,减速位移为s 2；水平外力F 在s 1段做正功，滑动摩擦力f 在（s 1+s 2）段做负功，mg 、N 不做功；初始动能E k0=0，末动能E k =0 在竖直方向上:N-mg=0 滑动摩擦力f=μN 根据动能定理：Fs 1-μmg（s 1+s 2）=0-0 得s 2=mgs mg F μμ1)(-.布置作业教材“问题与练习”第3、4、5题.板书设计 动能和动能定理⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧-=-=⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=说明对结果进行必要的讨论列方程求解末状态的功能明确初并确定各个力所做的功受力分析程确定研究对象及运动过解题步骤或体能的变化合外力所做的功等于物动能定理焦单位是状态量动能是标量公式叫动能能物体由于运动而具有的动能理定能动和能动,)4(,)3(,)2()1(:.32121.2.1)(:.4,.321.2,.12122122mv mv W E E W J mv E k k k 活动与探究课题：估测自行车受到的阻力目的：自行车仍是我国主要的代步工具，根据动能定理估测自行车行驶过程中所受阻力，既加强对基础知识的理解，又可以使学生形成学以致用的思想. 方法：骑自行车时，如果停止用力蹬脚蹬，设此时自行车的速度为v 0，由于受到阻力f 作用，自行车前进一段距离l 后将会停下来，根据动能定理，有-fl=02021mv -即阻力f=lmv 220实验中需测出人停止用力后自行车前进的距离l ，自行车和人的总质量m ，以及初速度v 0.初速度可以通过以下三种方法测得：1.在停止用力前，尽可能使自行车做匀速直线运动，通过测量时间和距离，计算出平均速度，以它作为停止用力时的初速度.2.测出自行车从停止用力到静止时前进的距离和时间，再根据匀减速运动的规律，求出初速度.3.停止用力时从车上释放一个小石块，测出释放的高度和石块在水平方向通过的距离，即可求得初速度.教学反思探究式教学是实现物理教学目标的重要方法之一，同时也是培养学生创新能力、发展学生非智力因素的重要途径.因此，本节教学设计从动能的概念入手就注重对学生的引导，使学生在探究中提出问题、设计方案、解决问题.在操作上，本节教学设计注重为学生创设一个和谐自由的教学氛围.在动能的影响因素及动能定理表达式的推导过程中，有师生间的讨论、分析，甚至是相互质疑.在探究过程中，重点引导学生从外力做功和物体的动能变化量两个方面思考，选择受力情况较为简单，而动能变化量又较容易得到的具体运动形式，同时要考虑误差的大小.在解题过程中，让学生体会到了运用动能定理解决问题的优点和方法、步骤.本节课运用实验探究法，通过质量相同的物体高度的不同和高度相同质量不同的两种情况，得出动能和质量、速度的关系.。