高中物理新課程案例：功和能

1、高中新課程物理教學(xué)案例： 功和能典例分析求精中學(xué)物理組：李崢（一）課標(biāo)要求1.理解功、功率、動能、重力勢能、彈性勢能的物理意義，掌握功和功率的計算方法。2.靈活應(yīng)用動能定理分析和解決動力學(xué)問題。3.能夠根據(jù)守恒條件判斷是否守恒，并能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律分析與解決動力學(xué)問題。4.熟知幾種常用的功能關(guān)系，能夠利用能量的觀點(diǎn)處理問題。（二）教學(xué)設(shè)計思想 本堂課是以高中物理新課程地方課程資源的開發(fā)運(yùn)用為依托，以有效性問題為主導(dǎo)的高三復(fù)習(xí)課。本堂課的核心內(nèi)容是將搜集整理的地方課程資源緊密結(jié)合功和功率、動能和動能定理、重力做功與重力勢能、功能關(guān)系、機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用等高頻考點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)有效的課程情境和有效的

2、設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生從生活實(shí)例中抽象出典型的物理規(guī)律和物理模型，通過復(fù)雜的過程分析，培養(yǎng)學(xué)生探究性學(xué)習(xí)的能力和科學(xué)的思維習(xí)慣。 （三）教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)知識與技能： 1功和功率的計算；2重力勢能及彈性勢能；3動能定理、機(jī)械能守恒定律及功能關(guān)系的應(yīng)用。過程與方法：1. 動車編組的探究過程，感悟歸納演繹的方法；2. 圓周運(yùn)動臨界問題的分析，學(xué)會利用數(shù)學(xué)方法處理物理問題；3. 多過程、多狀態(tài)物理問題分析，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S能力。情感、態(tài)度和價值觀：1. 通過中國日新月異動車技術(shù)的反戰(zhàn)，增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感和民族自豪感；2. 通過螺旋式上升的問題引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生探究精神。教學(xué)重點(diǎn)1. 多過程物

3、理問題的處理方法；2. 機(jī)械能守恒的判定與應(yīng)用；3. 能量的相互轉(zhuǎn)化和守恒。教學(xué)難點(diǎn)1. 多過程問題的分析；2. 物理情境的抽象思維；3. 能量守恒的應(yīng)用。（四）教學(xué)過程展示新課標(biāo)考綱對功和能部分的考點(diǎn)及要求:1功和功率 2動能和動能定理 3重力做功與重力勢能 4功能關(guān)系，機(jī)械能守恒及應(yīng)用 功和能常與直線運(yùn)動、平拋運(yùn)動、圓周運(yùn)動、電磁場中粒子的運(yùn)動、電磁感應(yīng)現(xiàn)象等相聯(lián)系，綜合考查學(xué)生獲取信息、整合信息、應(yīng)用力學(xué)規(guī)律解決問題的能力. 引入講述：因此要處理好功能關(guān)系問題，就應(yīng)該熟悉各種典型的運(yùn)動形式及其受力的特點(diǎn)，明確各種力做功與能量轉(zhuǎn)化間的相互聯(lián)系，利用多過程問題的分析方法，才能真正的理解和運(yùn)用

4、，那么今天我們用幾個實(shí)例來看下功能關(guān)系在我們身邊的應(yīng)用。引入課例：同學(xué)們都坐過動車，那么大家的感受是怎樣呢？為同學(xué)呈現(xiàn)急速的高鐵情境，讓同學(xué)回憶具體感受。講述：那么動車為什么讓我們感覺舒適的同時又能有效的縮短兩地互通的時間呢？這就得從它的原理說起：把動力裝置分散安裝在每節(jié)車廂上，使其既具有牽引能力，又可以載客，這樣的客車車輛叫做動車。把幾節(jié)自帶動力的車輛（動車）加幾節(jié)不帶動力的車輛（拖車）編成一組，就是動車組。引入典例1：功和功率的計算【典例1】假設(shè)動車組運(yùn)行過程中受到的阻力與其重力成正比，每節(jié)動車與拖車的質(zhì)量相同，每節(jié)動車的額定功率都相等。若一節(jié)動車加三節(jié)拖車編成的動車組最大速度為120km

5、/h，則預(yù)計2015年開通的時速約為350 km/h的重慶至成都的高鐵可能是（ ）A由3節(jié)動車加3節(jié)拖車編成的 B由3節(jié)動車加9節(jié)拖車編成的C由9節(jié)動車加3節(jié)拖車編成的 D由9節(jié)動車加6節(jié)拖車編成的思考討論提問：1動車組在運(yùn)動過程中受到哪些力？答：牽引力、阻力2動車組以最大速度運(yùn)行時處于什么狀態(tài)? 答：勻速運(yùn)動3動車組勻速運(yùn)動時的動力學(xué)方程怎樣？答：4若有m節(jié)動車和n節(jié)拖車組成的動車組勻速運(yùn)動時的動力學(xué)方程為？答：根據(jù)分析可知：重慶至成都的高鐵可能是由9節(jié)動車加3節(jié)拖車編成的。那么同學(xué)們能夠根據(jù)成渝兩地的距離，算出以后成渝互通的時間么？計算得出：52分鐘。講述：中國的高鐵網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)貫穿了沿海的南

6、北，而正在規(guī)劃中的高鐵更是貫穿了祖國的大江南北，到時候我們的出行將更加的便捷，我們的祖國也將更加的繁榮富強(qiáng)。其實(shí)在游樂場中其實(shí)還有一種列車比動車速度更快，而且非常的驚險和刺激，同學(xué)們知道是什么么？為同學(xué)呈現(xiàn)過過山車視頻。不過同學(xué)們知道么？咱們以后再也不用到迪斯尼、歡樂谷這些地方去坐過山車了，因?yàn)槲鞑孔畲蟮闹黝}樂園“樂和樂都”已經(jīng)在重慶永川盛大開業(yè)，它擁有被業(yè)界稱為“腎上腺素發(fā)動機(jī)”的十環(huán)過山車。引入典例2：動能定理的應(yīng)用【典例2】為研究十環(huán)過山車最著名的“平行四環(huán)”，可將其等效為如圖所示模型：取一個與水平方向夾角為37°、長L=2.0m的粗糙的傾斜軌道AB，通過水平軌道BC與豎直圓軌

7、道相連，出口為水平軌道DE，整個軌道除AB段以外都是光滑的。其中AB與BC軌道以微小圓弧相接。一個小物塊以初速度v0=4.0m/s，從某一高處水平拋出，到A點(diǎn)時速度方向恰沿AB方向，并沿 傾斜軌道滑下。已知物塊與 傾斜軌道的動摩擦因=0.50 （g取10m/s2，sin37°=0.60 ,cos37°=0.80）求：（1）小物塊的拋出點(diǎn)和A點(diǎn)的高度差； （2）要使小物塊不離開軌道，并從水平軌道DE滑出，求豎直圓弧軌道的半徑應(yīng)該滿足什么條件； （3）為了讓小物塊不離開軌道，并且能夠滑回傾斜軌道AB，則豎直圓軌道的半徑應(yīng)該滿足什么條件。思考討論提問：1拋出點(diǎn)和A點(diǎn)高度差？答：由

8、, 得：2物塊不離開軌道的條件？答：圓軌道最高點(diǎn)的速度：3A點(diǎn)到圓軌道最高點(diǎn)的動能定理方程？答：，4小物塊不離開軌道，并且能夠滑回傾斜軌道AB的條件 ？答：小物體沿圓軌道上升的最大高度不超過圓心，講述：同學(xué)們對于這類多過程問題一定要將每個過程的動力學(xué)關(guān)系分析清楚，把握住過程銜接點(diǎn)的速度，根據(jù)每一段過程列出其相應(yīng)的方程再進(jìn)行求解。其實(shí)游樂場中除了過山車，還有一樣也是頗受青睞的，那就是摩天輪。重慶游樂園的摩天輪已經(jīng)在夜間開放，坐上摩天輪頂端，兩江夜景盡收眼底，俯視中的渝中半島格外美麗。引入典例3：機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用【典例3】若一質(zhì)量為m的乘客坐在摩天輪中以速率v在豎直平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)

9、動，假設(shè)t0時刻乘客在軌跡最低點(diǎn)且重力勢能為零，那么，下列說法正確的是（ ）A乘客運(yùn)動的過程中，重力勢能隨時間的變化關(guān)系為B乘客運(yùn)動的過程中，在最高點(diǎn)受到座位的支持力為C乘客運(yùn)動的過程中，機(jī)械能守恒，且機(jī)械能為D乘客運(yùn)動的過程中，機(jī)械能隨時間的變化關(guān)系為思考討論提問：1乘客機(jī)械能守恒么？為什么？答：不守恒。動能不變，重力勢能不斷變化。2乘客在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)的動力學(xué)方程？答：最低點(diǎn)： 最高點(diǎn)：3乘客重力勢能隨時間的變化關(guān)系？答：點(diǎn)評：機(jī)械能守恒的判定有兩種方法：1根據(jù)做功的情況：對系統(tǒng)只有重力和彈力做功，其他力不做功或其他力做功之和為零。2根據(jù)機(jī)械能的定義：整個過程只有動能和重力勢能、彈性勢能之

10、間的相互轉(zhuǎn)換，沒有其他能量的增加或減少。講述：在機(jī)械能守恒定律中，最難處理的就是彈簧的彈性勢能，因?yàn)樗荒芙栌晒δ荜P(guān)系間接求解，那么遇到這類問題我們又該如何突破呢？引入典例4：功能關(guān)系【典例4】在賽車場上，為了安全起見，車道外圍都固定上廢舊輪胎作為圍欄，當(dāng)車碰撞圍攔時起緩沖器作用為了檢驗(yàn)廢舊輪胎的緩沖效果，在一次模擬實(shí)驗(yàn)中用彈簧來代替廢舊輪胎，實(shí)驗(yàn)情況如圖所示水平放置的輕彈簧左側(cè)固定于墻上，處于自然狀態(tài)，開始賽車在A處處于靜止，距彈簧自由端的距離為L1=1m。當(dāng)賽車起動時，產(chǎn)生水平向左的牽引力恒為F=24N使賽車向左做勻加速前進(jìn)，當(dāng)賽車接觸彈簧的瞬間立即關(guān)閉發(fā)動機(jī)撤去F，賽車?yán)^續(xù)壓縮彈簧，最后

11、被彈回到B處停下已知賽車的質(zhì)量為m=2kg，A、B之間的距離為L2=3m,賽車被彈回的過程中離開彈簧時的速度大小為v=4m/s，方向水平向右求：(1)賽車和地面間的動摩擦因數(shù)；(2)彈簧被壓縮的最大距離；(3)彈簧的最大彈性勢能。思考討論提問：1賽車的運(yùn)動過程分析 答：賽車與彈簧接觸后首先做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動，直到速度為零，再做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動，當(dāng)彈簧彈力和地面的摩擦力相等以后，做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動直到與彈簧分離，最后做勻減速運(yùn)動直到停止。 2利用哪段過程求解賽車和地面間的動摩擦因數(shù)，如何求解？答：從賽車離開彈簧到B點(diǎn)，由動能定理：，得3利用哪段過程求解彈簧被壓縮的最大距離，如何求解？答：賽車啟動到彈簧恢復(fù)原長的過程，由動能定理：，得4利用哪段過程求解彈簧的最大彈性勢能，如何求解？ 答：從賽車開始運(yùn)動到壓縮彈簧最短為止，由功能關(guān)系： ，得講述：同學(xué)們，其實(shí)要避免車禍最重要的因素還是速度，所以希望大家一定要提醒自己的家長控制車速，注意安全行駛。歸納總結(jié)：從以上幾個例子我們可以看出，要解決功能關(guān)系類問題需要注意以下幾點(diǎn)：1 學(xué)會從復(fù)雜的物理情境中抽象出具體的物理模型和過程。2 抓過程和狀態(tài)，特別是過程銜接點(diǎn)的速度，分析過程中適用的公式定理。3 熟練掌握各種力