高一物理功和能量變化的關系.doc

.第五章 E 功和能量變化的關系一、教學任務分析從知識體系上看，功和能量變化的關系不僅將功和能量聯系起來，更是把運動學、力學、功、能的知識融合在一起，運用功能關系解決問題即是對所有力學知識的綜合運用。同時，功能關系是理解能量守恒和能量轉化定律的基礎。因此本節(jié)課是物理學習中的一個重要內容。學習本節(jié)課需要以功、動能、重力勢能、牛頓運動定律、運動學等相關知識為基礎。本設計的引入部分要求學生完成指定的任務，然后仔細分析完成任務的過程，發(fā)現能量變化的過程中總伴隨著有力在做功，從而引出能量的變化與力做功有關。然后在兩個不同的情景中分別對動能和重力勢能變化的過程中力做功的情況進行仔細的討論，得出動能的變化與外力做功的關系、重力勢能的變化與重力做功的關系。最后，在教師的指導下，將能量的變化與功的關系，即功是能量變化的量度推廣到所有能量的變化。本設計強調學生在已有知識的基礎上，通過自主活動，在解決問題的過程中，逐步形成新的知識、規(guī)律。在運用動力學、功能關系兩種方法解決問題的過程中，通過比較感受兩種解決問題的方法的不同之處。在得出結論功是能量變化的量度這一結論時，學生可以感悟到物質世界的普遍聯系。二、教學目標1知識與技能（1）知道功是能量變化的量度，理解功與能的關系。（2）會用外力做功與動能變化的關系和重力做功與重力勢能變化的關系進行簡單計算。（3）知道功是過程物理量，能是狀態(tài)物理量。2過程與方法（1）利用已有的知識，在自主解決問題的過程中，經歷發(fā)現和建立新規(guī)律的過程。（2）在運用動力學、功能關系兩種方法解決問題的過程中，運用比較的方法，感受新方法的便捷之處。3情感、態(tài)度與價值觀（1）在力學量和運動學量之間再次發(fā)現新的關系的過程中，感悟到世界的不斷變化與緊密聯系。（2）在已有知識的基礎上，通過自主活動逐步形成新規(guī)律的過程，體驗學習的艱辛和成功的喜悅。三、教學重點與難點重點： 理解合外力做功與動能變化的關系，重力做功與勢能變化的關系，即功是能量變化的量度，并進行相關計算。難點： 理解外力做正功時動能增加，重力做正功時重力勢能減少。四、教學資源器材：玩具小車、籃球、橡皮筋五、教學設計思路本設計的內容包括三個方面：一是通過做功的方式可以改變物體的能量，二是動能的改變可以通過合外力做功來量度、重力勢能的變化可以用重力做的功來量度以及相關的計算，三是功是能量變化的量度。本設計的基本思路是：由演示實驗從定性的角度引出做功可以改變物體的能量，然后在學生已有知識的基礎上、在解決問題的過程中，使動能和重力勢能兩種能量的變化分別與哪些力做的功有關、有怎樣的關系、如何運用這些關系等問題逐漸明朗；最后，教師予以提升：不僅是動能和重力勢能的變化，所有能量的變化都對應某個（或某些）力做的功。本設計要突出的重點是：學生在已有知識的基礎上，通過自主活動，逐步理解動能的變化與合外力做功的關系、重力勢能的變化與重力做功的關系，并進行相關計算。本設計要突破的難點是：外力做正功時，動能增加；重力做正功，重力勢能減少。這些規(guī)律，均是學生在自主解決問題的過程中逐步發(fā)現的，較容易接受。 本設計主要針對兩種能量即動能和重力勢能的變化與哪些力做功有關展開討論，在建立功是能量轉化的量度的基本認識的過程中，學會解決問題的一種新方法功能關系的運用，并在與牛頓運動定律的方法進行比較的過程中，體會兩種方法各自的特點。學生曾經運用牛頓運動定律在運動學量與力學量之間建立了聯系，而在本節(jié)課上功能關系的運用再次將力學量與運動學量聯系起來，在這一過程中，學生可以感悟到物質世界的不斷變化與緊密聯系。完成本設計的內容約需1課時。六、教學流程活動III簡單應用活動II解決問題動能的變化用外力做功來量度1教學流程圖 活動I完成指定任務做功可以改變物體的能量重力勢能的變化用重力做功來量度活動V簡單應用活動IV討論交流功是能量轉化的量度活動VI師生互動2流程圖說明活動I 提供器材，請學生完成任務請學生通過操作實驗、回答問題找出使物體的動能、重力勢能或彈性勢能發(fā)生變化方法，然后分析其中的過程，發(fā)現不管是哪個過程都伴隨著有力對物體做功（或負功），從而得出做功可以改變物體的能量活動II 研究動能的變化與什么力做功有關，有怎樣的關系一質量為m的物體靜止在水平地面上，在一水平拉力F的作用下由靜止開始運動，運動的過程中還受到地面的阻力f的作用，求運動s的過程中物體增加的動能是多少？外力對物體所做的功分別是多少？若運動s時撤去F，物體還能克服f做多少功？在解決這一問題的的同時，可以發(fā)現：物體動能的增加量就等于外力做功的和，或是合外力做的功；合外力做正功，動能增加，合外力做負功，動能減少?；顒覫II 簡單應用利用外力做功與動能變化的關系解決具體問題，比較兩種方法，體會各自的特點?；顒覫V 研究重力勢能的變化與什么力做功有關，有怎樣的關系研究籃球在不同的運動過程中，其重力勢能的變化、力做功的情況，發(fā)現重力勢能的變化與重力做功的關系。 活動V 簡單應用解決教材P57示例2的問題，進一步理解重力做功與重力勢能變化的關系?；顒覸I 師生互動，將結論進一步推廣歸納并推廣結論：某種能量的變化過程總伴隨著某個（些）做功的過程，能量是狀態(tài)量，功是過程量；可用力做功的多少來量度能量的變化，即功是能量變化的量度。3教學的主要環(huán)節(jié) 本設計可分為三個主要的教學環(huán)節(jié)。第一環(huán)節(jié)，通過對實際過程的分析得出物體的能量變化的過程即力做功的過程。第二環(huán)節(jié)，確認動能的變化與外力做功的關系、重力勢能變化與重力做功的關系，并運用功、能關系進行簡單計算。 第三環(huán)節(jié)，將結論推廣：功是能量變化的量度。七、教案示例（一）引出能量的變化與做功有關提供玩具小車（無電動裝置）、籃球、橡皮筋等器材，提出任務：任務1：增加原來靜止小車的動能任務2：改變籃球的重力勢能任務3：增加橡皮筋的彈性勢能請學生通過操作完成任務，并演示。小結和引導：仔細觀察和分析上述能量變化的過程，發(fā)現都有力的作用和發(fā)生一段位移，即都有做功的過程。我們可以得出這樣的初步結論：能量變化的過程與力做功有關。下面我們就具體的探究我們比較熟悉的動能、重力勢能的變化分別與那些力做的功有關，有怎樣的關系。（二）探究動能、重力勢能的變化分別與外力、重力做功的關系1動能的變化任務1：一質量為m的物體靜止在水平地面上，在一水平拉力F的作用下由靜止開始運動，運動過程中還受到地面的阻力f的作用，求物體運動s的過程中增加的動能是多少？外力對物體所做的功分別是多少？若運動s時撤去F，物體還能克服f做多少功？結論：物體增加的動能與外力做的總功的多少相等，物體減少的動能與外力對物體做的負功的多少相等。任務2：教材P53示例1請學生比較兩種解法的不同之處，并請個別學生在全班交流。結論：對力和運動的問題，我們除了用牛頓定律解決之外，還可以用功和動能變化之間的關系來解決，并且新的方法更便捷，不涉及中間過程。2重力勢能的變化任務1：請將下列表格填寫完整運動過程（籃球質量為m）重力勢能的變化所受力做的功手用力F托著籃球向上運動h的距離增加mghF：Fh； 重力：-mgh被拋出的籃球豎直方向上升h的距離增加mgh重力：-mgh籃球自由下落h的距離減少mgh重力：mgh籃球沿斜面運動，豎直方向下降h的高度減少mgh重力：mgh結論：重力的勢能增加多少，重力就對物體做等量的負功；重力勢能減少多少，重力就對物體做等量的功，所以可以用重力做功來量度重力勢能的變化。任務2：教材P54示例2（三）功是能量轉化的量度今天，通過大家的努力我們確認了動能的變化可以用外力做的總功來量度，重力勢能的變化可以用重力做的功來量度