《动能和动能定理》教学设计

《动能和动能定理》教学设计 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. 推进新课 一、动能的表达式 功是能量转化的量度，每一种力做功对应一种能量形式的变化.重力做功对应于重力势能的 变化，弹簧弹力做功对应于弹簧弹性势能的变化，前几节我们学习了重力势能的基本内容. “追寻守恒量”中，已经知道物体由于运动而具有的能叫做动能，大家举例说明哪些物体具 有动能. 参案：奔驰的汽车、滚动的足球、摆动的树枝、投出的篮球等运动的物体都具有动能. 教师引导：重力势能的影响因素有物体的质量和高度，今天我们学习的动能影响因素有哪 些？通过问题启发学生探究动能的影响因素. 学生思考后总结：汽车运动得越快，具有的能量越多，应该与物体的速度有关;相同的速度， 载重货车具有的能量要比小汽车具有的能量多，应该与物体的质量有关.即动能的影响因素 应该是物体的质量和速度. 问题：如何验证物体的动能与物体的质量和速度的关系？ 演示实验：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. 1.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. 2.让质量不同的木块从同一高度滑下，可以看到：质量大的滑块把木块推得远，对木块做的 功多. 师生总结：物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大.即质量、速度是动能的两个影响 因素. 问题：动能到底跟质量和速度有什么定量的关系呢？动能的表达式是怎样的？ 情景设置一：大屏幕投影问题 一架飞机在牵引力的作用下（不计阻力），在起飞跑道上加速运动，速度越来越大，问： 1.飞机的动能如何变化？为什么？ 2.飞机的动能变化的原因是什么？ 3.牵引力对飞机所做的功与飞机动能的变化之间有什么关系？ 学生讨论并总结回答： 1.在起飞过程中，飞机的动能越来越大，因为飞机的速度在不断增大. 2.由于牵引力对飞机做功，导致飞机的动能不断增大. 3.据功能关系：牵引力做了多少功，飞机的动能就增大多少.由于牵引力所做的功和动能变 化之间的等量关系，我们可以根据做功的多少，来定量地确定动能. 情景设置二：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 v1增加到 v2，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=2al,即 l= 把 F、l 的表达式代入 W=Fl,可得 F 做的功 W= 也就是 W= 根据推导过程教师重点提示： 1.mv2是一个新的物理量. 2.是物体末状态的一个物理量，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：Ek=mv2. 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 1 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. v1=gt1=10×1 m/s=10 m/s,v2=gt2=10×2 m/s=20 m/s Ek1=mv12=100 J,Ek2=mv22=400 J. 答案：100 J 400 J 或者先求出石块 1 s 内和 2 s 内的位移，再确定重力做功的对应值，重力做功的值 就是石块动能的增加量，即石块的动能值（因为石块的初动能为 0）,从而进一步理解功是 能量转化的量度. 二、动能定理 课件展示：通过大屏幕投影展示足球运动员踢球的场面，让学生观察，运动员用力将足球踢 出， 足球获得了动能； 足球在草地上由于受到了阻力的作用， 速度越来越小， 动能越来越小. 问题：1.若外力对物体做功，该物体的动能总会增加吗？ 2.如果物体对外做功，该物体的动能总会减少吗？做功与动能的改变之间究竟有什么关系 呢？ 推导：将刚才推导动能公式的例子改动一下：假设物体原来就具有速度 v1，且水平面存在摩 擦力 f，在外力 F 作用下，经过一段位移 s，速度达到 v2，如图，则此过程中，外力做功与 动能间又存在什么关系呢？ 外力 F 做功：W1=Fs 摩擦力 f 做功：W2=-fs 外力做的总功为:W 总=Fs-fs=ma· =Ek2-Ek1=ΔEk. 师生总结：外力对物体做的总功等于物体在这一运动过程中动能的增量.其中 F 与物体运动 同向，它做的功使物体动能增大；f 与物体运动反向，它做的功使物体动能减少.它们共同 作用的结果，导致了物体动能的变化.学生根据课本提供的问题情景，运用牛顿第二定律和 运动学公式独立推导出外力做功与物体动能变化的关系. 思维拓展 将上述问题再推广一步： 若物体同时受几个方向任意的外力作用， 情况又如何呢？ 引导学生推导出正确结论并板书: 力在一个过程中对物体所做的功,等于物体在这个过程中动能的变化，这个结论叫 动能定理.用 W 总表示外力对物体做的总功， 用 Ek1 表示物体初态的动能， 用 Ek2表示末态动能， 则动能定理表示为：W 总=Ek2-Ek1=ΔEk. 分组讨论：根据动能定理的表达形式，提出下列问题，加强对动能定理表达式的理解: 1.当合力对物体做正功时，物体动能如何变化？ 2.