第二篇：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

（贵州省思南中学  郝兴昌）

整体设计

    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：E_k=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  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

E_k1=mv₁²=100 J,E_k2=mv₂²=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v²-0²=2al,所以a=                     ②

由①和②得:F-kmg=

F=kmg+=0.02×5×10³×10 N+5×10³×N=1.8×10⁴ N.

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=mv²,代入数据，解得F=1.8×10⁴ N.

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s₁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s₁，减速位移为s₂

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s₁，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=

根据动能定理：Fs₁-fs₁=-0

又滑动摩擦力f=μN,N=mg

则：Fs₁-μmgs₁=-0

物体在s₂段做匀减速运动，f做负功，mg、N不做功；初始动能E_k1=,末动能E_k2=0

根据动能定理：-fs₂=0-,又滑动摩擦力f=μN,N=mg

则：μmgs₂=0-

即Fs₁-μmgs₁-μmgs₂=0-0

s₂=.

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s₁,减速位移为s₂；水平外力F在s₁段做正功，滑动摩擦力f在（s₁+s₂）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：Fs₁-μmg（s₁+s₂）=0-0

得s₂=.

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

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v₀，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=0

即阻力f=

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v₀.

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.