《动能与动能定理》教学设计

PAGEPAGE7人教版高中物理必修二《动能与动能定理》教学设计课题：动能与动能定理版本人教版课时第一课时教学任务与对象教材分析课标要求：探究恒力做功与动能变化的关系，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《动能和动能定理》是人教版高中物理必修2第七章《机械能守恒定律》第七节的内容，是本章教学重点之一，也是整个力学的重点内容。本节教材通过与前面所学重力势能、弹性势能相类比，进一步分析推理得出动能的定义式，并进一步得到动能定理的表达式。这种安排旨在使学生有根据、合乎认知逻辑地进行学习，了解知识获得的过程、充分体现了新课程理念中的重过程和方法、重探究轻结论的特点。通过本节的学习，既深化了对功的概念的理解，使学生对“功是能量转化的量度”有了进一步的理解，拓展了求功的思路，也为机械能守恒定律的学习打下了基础，并为用功能关系处理问题打开了思维通道。因此，本节内容还有承前启后的重要作用。学情分析1、学生的兴趣作为高一的学生，他们的思维正处于由“经验型”向“理论型”过渡，已有独立思考的意识，因果认识兴趣增强，对于物理实验体现出一定的兴趣，对规律表现出一定的分析、概括。2、学生的知识基础本章第一节“追寻守恒量”中，学生已初步认识到动能是由于运动而具有的能量，而功是能量转化的量度，某力对物体做功对应能量的转化。而在上一节通过实验探究功与速度的关系当中，也已经认识到做功与速度变化的关系是（物体初速度为0），这些认知基础将为学生进一步思考动能的定义和做功与动能转化的关系提供有力条件。教学目标知识与技能：1、知道动能的定义式和单位，会根据动能表达式计算物体的动能大小；2、理解动能定理的物理意义，能应用动能定理处理单个物体的相关问题；过程与方法：1、通过理论推导得出动能和动能定理的表达式；2、在推导领悟动能定理表达式过程中体会类比法、微元法的应用；情感态度价值观：1、通过自主探究感受成功的喜悦，激发学生对科学探究的兴趣和信心；2、通过对定理的推导，培养学生严谨、求实的科学态度和价值观。教学策略新课程提倡以自主、合作、探究的教学组织形式来进行课堂教学，本节课通过由浅入深提出问题来引导学生进行理论推导，坚持“教师为主导，学生为主体”的教学原则。1、教学方法：讲授法、讨论法、实验法、谈话法2、学法指导：本节课在学法指导方面，主要运用了探究法和谈论法相结合的学习方法。要求学生对动能定理进行理论的推导，使学生不仅掌握了学习物理的方法，更取得了属于自己的知识。通过学生的积极参与，让学生体会学习物理的乐趣，同时加深对所学知识的理解。总之，学生学习的主体地位不能变，教师教学的主导地位要坚持。3、媒体的应用：充分利用图片和影像等资料，提供学生学习物理规律的感性材料。通过图片和影像，通过理想与现实对比，激发学生探索的欲望，提高学生参与课堂的兴趣。教学器材多媒体课件、视频素材等教学过程老师活动学生活动设计说明和媒体运用一、课堂引入：教师问：同学们平时喜欢练习打羽毛球，你们相信有人能用羽毛球打碎厚木板吗？普通人可能做不到，但世界冠军林丹却可以。播放视频：《林丹实力展示力量，用羽毛球打裂木板！！！》教师问：又小又轻的羽毛球，动起来后为什么有如此强大的做功本领？教师：没错。本节课我们就来研究机械能家族的第三大能量：动能以及探究做功与动能变化的关系。（写出课题）学生回答：没有学生观看视频，发出惊叹。学生答：因为林丹击球速度极快，羽毛球获得了极大的动能。二、新课教学1、实验演示——定性探究如图所示，两个体积相同但质量不等的小球A、B（mA>mB）,调节A球下落高度，使之刚好不能击穿下面绷直的报纸，让B球从同一高度下落，能观察到什么现象？再让A球从更高的高度下落，又能观察到什么现象？请定性说明物体的动能跟那些因素有关？学生观察现象，讨论并总结：物体的动能可能跟质量和速度两个因素均有关。通过实验得出：动能大小跟物体质量和速度两个因素有关，这是为了动能概念经历一个从定性到定量的过程，符合学生一般的认知规律。既然物体的动能跟质量和速度均有关，那么，我们能否定量得出一个关于动能的表达式？2、展示物理情境，理清探究思路课件展示图片：磁悬浮列车受牵引力（阻力不及）从静止加速运动，动能如何变化？动能变化是因为什么引起？教师：由此看来，动能的变化是因为做功引起的，动能的变化多少能否由做功来量度？联系之前学习重力势能，如何探究？我们今天探究动能的表达式，是否也可以用这种思路？这就是类比思维。3、创设问题，理论探究——定量探究问题：设某物体质量为m，在与运动方向相同的恒力F作用下发生一段位移l，水平面粗糙且物体所受摩擦力为f，速度由v1增加到v2。试推导关于外力做功W与速度v之间的关系式。引导学生从功的定义式出发，运用牛顿第二定律和运动学公式推导。学生思考、回答，动能的增加是因为牵引力做功而引起的。学生讨论后回答：从重力做功入手，得出做功的表达式，进而得到重力势能的定义。学生动手推导，并派代表上黑板展示推导过程：联立上述三式，得出：问题一展示直线运动中最简单的作用模型，建构直线运动中W和v的关系原型，对之后的推理过程作出方法上的示范。教师问：这一关系式是否普遍成立？能否推广为一个物理定理？学生讨论后，提出自己的看法学生甲：问题中的物体是在水平面上做匀加速直线运动，这种情景很特殊，推导出来的关系式对其他物理情景是否成立还很难说；学生乙：匀变速直线运动公式不能适用于曲线运动，要是物体做曲线运动怎么办？强化推导的逻辑体验，使学生充分认识到，仅仅适用于特殊运动模型还不能推广位物理定理，必须要从特殊到一般进行拓展。变式一：如图所示，物体在光滑水平面运动，在AB、BC段分别收到水平力F1、F2的作用，对应位移为l1和l2，在A、B、C三点的速度分别为v1、v2、v3，试求三段运动作用力做的功与速度v的关系。教师提问：（1）通过推导，你对过程和结果产生了什么看法？（2）我们还能不能继续开疆拓土呢？学生在推导时有困难，在老师的提示下，先进行分段处理：过程一：A→B联立得：过程二：B→C同理可得：对全程来说：所以，得：学生对结果进行讨论，并总结：此关系式对多个过程的直线运动也是适用的，看来适用范围越来越广了。同学们对接下来的探究活动开始充满信心和期待。通过此问题的设计，把恒力作用模型拓展至分段恒力作用模型，从而为运用微元法研究变力作用铺设思维台阶；另外，通过此问题的探究，也深化了关系式中W的认识，即把合力做功扩展为不同过程中各力做功的代数和，从而为多过程中动能定理的应用进行思维方法上的储备。变式二：如果作用在物体的力是变化的，那么，功与速度的定量关系式还成立吗?教师提示：把位移无限等分，则每个微元内的力可视为恒力。根据提示，你能体会到变式一与变式二的联系吗?突破变力这一难关后，教师趁机继续追问：以上研究的都是直线运动，曲线运动是生活中更普遍的运动，那么，该关系式对曲线运动是否成立呢？下面我们来继续探究。学生意识到变式二在经过微元法处理后，每一个小的微元内，都可以看成是恒力做功，那么，整个过程就跟变式一差不多了，只是分段多一些而已。很快，学生就得出了正确结论，即无论是变力还是恒力，此关系式都是成立的。由于一般变力作用模型比较复杂，因此，我们以问题5为原型，把变力作用模型等效为无限多段恒力作用模型的叠加，从而有效引导学生参与一般变力作用模型中的w与v的关系的建构。变式三：在如图所示的圆周运动中，小球从图示位置出发时速度为v1，到最低点速度为v2，物体受到几个力作用?哪个力对物体做功，哪些不做功？试探究合力对物体所作功与速度的关系。教师启发：直接探求行不通，我们不妨采用微元法来处理，如果将运动过程分成很小很小的一段，那么每一小段就可近似看成一段直线运动，这样是否可以借助前面变式一和变式二的处理方法来求解了呢？借助微元法和前面变式一和变式二的思路，学生在老师的启发引导下，一步步推导出最后结果，即在曲线运动中，功和速度的关系式也同样成立。教材对微元法处理曲线运动做简单介绍，是因为曲线运动中功W与速度关系的探究不作为重点，但是学生要明白，要建构一般意义的功与速度关系，必须要对曲线运动中的恒力做功和变力做功两种作用模型进行探究。为此，设计了此问题。4、建构动能概念，“发现”动能定理由于在直线运动和曲线运动中，功与速度的定量关系具有普遍意义，而是一个具有特殊意义的物理量，它会不会就是我们要找的动能表达式？同学们可以讨论一下，说说理由。综合学生的回答，引导学生得出动能表达式：动能与重力势能如此相似，同学们能否总结一下它的一些特点？教师引导学生总结得出：动能与重力势能一样，都是状态量，都属于标量，但是重力势能有正负之分，而动能没有负值。教师：大家有玩过《愤怒的小鸟》这款游戏吗？游戏中小鸟如果与庞然大物的飞机相撞，会不会是以卵击石？展示飞机被小鸟击中后的图片。事实上，飞机非常怕小鸟，这是什么原因呢？总结动能的相对性：速度大小与参照物选取有关，所以动能也具有相对性。一般取大地为参照物。教师：刚刚我们反复求证功和动能的关系，发现这一关系式无论是对恒力还是变力，是对单力还是多力，是对单过程还是多过程，是对直线运动还是曲线运动都是适用，说明它具有普遍意义，因此，它完全可以称为物理定理，我们物理学上称为“动能定理”。（板书）)动能定理的内容：合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。表达式：（强调）W是合力所作的功或者是总功。学生进行小组讨论、思想交流，并派代表回答。学生甲：外力做功引起动能变化，等式右边恰恰就是这个物理量的变化值。学生乙：动能大小是跟质量和速度有关的，而恰恰含有这两个物理量。请学生回答：小鸟速度非常小，但是飞机速度很快，所以两者相对运动时，小鸟相对飞机的速度就很大了，相对动能也非常大，因此，撞在飞机上威力当然很大了。通过与重力做功与重力势能变化的类比分析，得出动能的概念，并得出动能定理，至此，动能的概念和动能定理的得出水到渠成。5、例题讲评，巩固新知例题：一架喷气式飞机，质量，起飞过程中从静止开始滑跑。当位移达到时，速度达到。在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍。求飞机受到的牵引力。教师引导提问：此题的飞机做什么运动？可以利用牛顿第二定律和运动学公式求解吗？请写出解答过程。（请学生代表甲上黑板写下计算过程）很好，那么我们今天学习了动能定理，能否从功和能的角度来思考此题呢？（请学生乙回答）回答很好，请所有同学尝试解答。比较两种解法，哪种方法更有优势？运用动能定理解题又需要注意什么？请大家总结。引导学生总结：（1）动能定理不涉及运动过程的加速度和时间，处理较方便。（2）W是合力所作的功，也是各力做功的总和，要注意做功的正负。（3）动能定理使用范围更广。学生甲：飞机是做匀变速直线运动，因此可以先利用运动学公式求出加速度，然后利用牛顿第二定律进行求解。运算过程如下：法一：根据牛顿第二定律，可得：联立，可得：学生乙：滑跑过程有牵引力和阻力做功，题目已知的初末速度及质量可以求得初末态动能。故可以用动能定理求出合力所作的功，进而求出合力、牵引力。法二：根据动能定理，可得：通过典型例题来巩固已学知识，强化了用动能定理解决问题的一般思路，感悟动能定理解题的优越性和普遍性。三、课堂小结1、动能：（1）定义式：（2）标量（3）单位：J（焦耳）2、动能定理：（1）内容：合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。（2）表达式：（3）适用：任何运动总结回顾本节课主要内容，加深学生印象。四、作业：1、课本第74页第4、5题。2、《高考调研》本节练习教学反思1、物理概念应建立在丰富的感性或理性认识的基础上。比如，在重力势能的建立过程中，通过诸如自由落体、斜面及曲面上的运动，归纳出重力做功与路径无关，由此说明mgh是一个与过程无关而仅与位置相关的物理量，从而建立重力势能概念。在本节设计中，我们通过单力、多力、单过程、多过程、直线运动及曲线运动等多种作用模型，论证了/r/