第三节 探究外力做功与物体动能变化的关系教学设计高中物理粤教版必修2-粤教版2005

第三节探究外力做功与物体动能变化的关系教学设计高中物理粤教版必修2-粤教版2005主备人备课成员教材分析第三节“探究外力做功与物体动能变化的关系”教学设计，粤教版必修2，粤教版2005版。本节内容与课本“功与能”单元紧密相关，旨在引导学生通过实验探究，理解外力做功与物体动能变化之间的关系，培养学生的实验操作能力和科学探究能力。核心素养目标培养学生科学探究能力，通过设计实验、收集数据、分析结果，理解力与运动的关系；提升学生的科学思维能力，学会从物理现象中抽象出物理规律；增强学生的实践操作技能，学会使用实验器材进行测量和记录；培养合作学习意识，通过小组讨论和协作完成实验任务。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：学生在进入本节课之前，已经学习了基础的力学知识，包括力的概念、牛顿运动定律等。他们能够理解速度、加速度等基本物理量，并具备一定的实验操作能力。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：学生对物理学科普遍持有较高的兴趣，尤其对实验探究类内容表现出浓厚兴趣。他们在学习上表现出较强的动手操作能力和观察能力，但部分学生可能在抽象思维和逻辑推理方面存在一定困难。学习风格上，学生既有独立学习者，也有偏好小组合作的学生。

3.学生可能遇到的困难和挑战：学生在探究外力做功与物体动能变化的关系时，可能会遇到以下困难：一是理解功的概念及其与动能的关系；二是实验操作中如何准确测量和记录数据；三是分析实验结果，建立物理模型。此外，部分学生可能对物理规律的抽象理解存在障碍，需要教师引导和帮助。学具准备多媒体课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学资源-软硬件资源：力学实验平台、力学传感器、计时器、滑轮装置、小车、砝码、刻度尺、实验记录表

-课程平台：多媒体教学设备（投影仪、电脑）

-信息化资源：力学实验视频、相关物理现象的动画演示

-教学手段：实验操作演示、小组讨论、课堂提问、板书讲解教学过程设计（一）导入环节（5分钟）

1.创设情境：展示一系列生活中物体运动变化的图片，如汽车加速、球被踢出等，引导学生思考物体运动状态改变的原因。

2.提出问题：引导学生思考，物体的运动状态是如何在力的作用下发生变化的？外力做功与物体的动能之间是否存在某种联系？

3.学生回答：邀请学生分享他们的想法，教师进行简要总结。

4.导入新课：引出本节课的主题——探究外力做功与物体动能变化的关系。

（二）讲授新课（20分钟）

1.教学目标：使学生理解外力做功与物体动能变化的关系，掌握动能定理。

2.教学重点：探究外力做功与物体动能变化的关系，运用动能定理解决实际问题。

3.教学步骤：

a.教师讲解动能定理的定义和推导过程，引导学生理解其含义。

b.结合实例，讲解动能定理在生活中的应用，如汽车加速、球被踢出等。

c.学生分组实验：利用实验平台和实验器材，探究外力做功与物体动能变化的关系。

d.教师指导学生进行实验操作，观察实验现象，记录实验数据。

e.学生分析实验数据，总结实验结论，得出动能定理。

f.教师点评实验结果，强调动能定理的正确性和应用价值。

（三）巩固练习（10分钟）

1.练习题目：给出几个与动能定理相关的实际问题，要求学生运用动能定理进行解答。

2.学生解答：学生独立完成练习题目，教师巡视指导。

3.课堂讨论：针对学生解答中存在的问题，进行小组讨论和解答。

（四）课堂提问（5分钟）

1.教师提问：针对本节课的重点内容，提出几个问题，考察学生对知识的掌握程度。

2.学生回答：学生积极回答问题，教师进行点评和总结。

（五）师生互动环节（5分钟）

1.教师提问：引导学生思考，如何将动能定理应用于实际生活中的问题。

2.学生回答：学生分享他们的想法，教师进行点评和总结。

3.教师展示：结合实际案例，展示动能定理在工程、体育等领域的应用。

（六）总结与拓展（5分钟）

1.总结：对本节课的内容进行简要回顾，强调动能定理的重要性。

2.拓展：鼓励学生思考，如何将所学知识应用于其他物理现象的探究。

3.布置作业：布置与动能定理相关的课后作业，巩固学生对知识的掌握。

教学过程用时：共计45分钟。知识点梳理1.动能定理

-动能定理的定义：合外力对物体所做的功等于物体动能的变化量。

-动能定理的表达式：\(W=\DeltaE_k\)，其中\(W\)为合外力所做的功，\(\DeltaE_k\)为动能的变化量。

-动能定理的应用：用于计算物体在合外力作用下的动能变化，以及合外力所做的功。

2.动能

-动能的定义：物体由于运动而具有的能量。

-动能的计算公式：\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)，其中\(m\)为物体的质量，\(v\)为物体的速度。

-动能的影响因素：物体的质量和速度。

3.功

-功的定义：力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。

-功的计算公式：\(W=F\cdotd\cdot\cos\theta\)，其中\(F\)为力的大小，\(d\)为物体在力的方向上移动的距离，\(\theta\)为力和物体移动方向之间的夹角。

-功的影响因素：力的大小、物体移动的距离和力与移动方向之间的夹角。

4.力与运动的关系

-牛顿第一定律：一个物体如果不受外力作用，或者所受外力的合力为零，它将保持静止状态或匀速直线运动状态。

-牛顿第二定律：物体的加速度与作用在它上面的合外力成正比，与它的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。

-牛顿第三定律：对于任意两个相互作用的物体，它们之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，作用在同一直线上。

5.实验探究方法

-控制变量法：在实验中，通过控制其他变量不变，研究一个变量对实验结果的影响。

-数据分析法：对实验数据进行分析和处理，得出结论。

-实验误差分析：分析实验过程中可能出现的误差，并采取措施减小误差。

6.动能转换与守恒

-动能转换：动能可以转换为其他形式的能量，如势能、热能等。

-动能守恒定律：在没有外力做功的情况下，一个系统的总动能保持不变。

7.动能定理的应用

-计算合外力所做的功。

-分析物体在合外力作用下的运动状态。

-解决实际问题，如汽车加速、球被踢出等。

8.实验操作与注意事项

-正确使用实验器材。

-确保实验过程中数据的准确性。

-注意实验安全，遵守实验操作规程。重点题型整理1.题型：计算物体在合外力作用下的动能变化

细节补充：已知物体的初速度、质量以及合外力所做的功，计算物体末速度或动能的变化量。

举例：一个质量为2kg的小车以10m/s的速度匀速运动，当受到一个大小为20N的合外力作用时，小车行驶了5m后速度变为多少？假设没有能量损失。

答案：根据动能定理，\(W=\DeltaE_k\)，合外力所做的功\(W=F\cdotd=20N\cdot5m=100J\)。动能的变化量\(\DeltaE_k=100J\)。因为\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)，所以\(\frac{1}{2}\cdot2kg\cdotv^2=100J\)，解得\(v=\sqrt{\frac{100J\cdot2}{2kg}}=10m/s\)。因此，小车末速度为10m/s。

2.题型：分析物体在合外力作用下的运动状态

细节补充：已知物体的初速度、质量以及合外力，判断物体的运动状态（加速、减速或匀速）。

举例：一个质量为3kg的物体以5m/s的速度向右运动，受到一个大小为10N、方向向左的合外力作用，求物体的加速度。

答案：根据牛顿第二定律，\(F=ma\)，合外力\(F=10N\)，质量\(m=3kg\)，所以\(a=\frac{F}{m}=\frac{10N}{3kg}\approx3.33m/s^2\)。物体将减速运动，加速度为\(-3.33m/s^2\)（方向向左）。

3.题型：应用动能定理解决实际问题

细节补充：结合实际情境，运用动能定理解决问题。

举例：一个质量为0.5kg的足球以20m/s的速度踢出，如果足球与地面碰撞后反弹到5m的高度，求足球在碰撞过程中的动能损失。

答案：足球上升至5m时，其动能完全转化为势能，势能\(E_p=mgh=0.5kg\cdot9.8m/s^2\cdot5m=24.5J\)。因此，动能损失为\(24.5J\)。

4.题型：分析物体在非恒力作用下的运动

细节补充：已知物体受到非恒力作用，分析物体的运动状态。

举例：一个物体在水平方向上受到一个随时间变化的力\(F(t)=3t+2\)的作用，求物体在\(t=2s\)时的加速度。

答案：根据牛顿第二定律，\(F(t)=ma\)，所以\(3t+2=ma\)。在\(t=2s\)时，\(a=\frac{3\cdot2+2}{m}=\frac{8}{m}\)。假设物体的质量为\(m\)，则\(a=\frac{8}{m}\)。

5.题型：验证动能定理

细节补充：通过实验验证动能定理的正确性。

举例：进行一个简单的实验，测量一个物体在斜面上滑动的过程中，合外力所做的功和物体动能的变化量，验证两者是否相等。

答案：实验过程中，通过测量物体的初速度、末速度、质量、斜面长度和角度，计算出合外力所做的功和动能的变化量。如果两者相等，则验证了动能定理的正确性。板书设计①动能定理

-动能定理的定义：合外力对物体所做的功等于物体动能的变化量。

-动能定理的表达式：\(W=\DeltaE_k\)

-动能定理的应用：计算合外力所做的功，分析物体在合外力作用下的运动状态。

②动能

-动能的定义：物体由于运动而具有的能量。

-动能的计算公式：\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)

-动能的影响因素：物体的质量和速度。

③功

-功的定义：力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。

-功的计算公式：\(W=F\cdotd\cdot\cos\theta\)

-功的影响因素：力的大小、物体移动的距离和力与移动方向之间的夹角。

④力与运动的关系

-牛顿第一定律：物体不受外力或外力合力为零时，保持静止或匀速直线运动。

-牛顿第二定律：物体的加速度与作用在它上面的合外力成正比，与它的质量成反比。

-牛顿第三定律：作用力与反作用力大小相等、方向相反。

⑤实验探究