動(dòng)能和動(dòng)能定理 教學(xué)設(shè)計(jì)人教版高中物理必修二

第一章功和機(jī)械能第3節(jié)動(dòng)能和動(dòng)能定理本節(jié)內(nèi)容主要包括動(dòng)能和動(dòng)能定理兩部分內(nèi)容，是在學(xué)習(xí)了“功和功率”的基礎(chǔ)上的知識(shí)。動(dòng)能定理是高中物理內(nèi)容中十分重要的內(nèi)容之一，是中學(xué)階段處理功能問(wèn)題使用頻率最高的物理規(guī)律，是對(duì)前面研究恒力做功做了一個(gè)深入，對(duì)變力做功也適用，并為進(jìn)一步學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒打下了基礎(chǔ)，因此這一節(jié)有承上啟下的作用?！疚锢碛^念】理解動(dòng)能的內(nèi)涵，能用動(dòng)能定理分析解釋生產(chǎn)生活中的相關(guān)現(xiàn)象，解決一些相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。【科學(xué)思維】能利用動(dòng)能定理解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題和變力做功問(wèn)題?！究茖W(xué)探究】能通過(guò)理論推導(dǎo)得出動(dòng)能定理的內(nèi)容?！究茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任】通過(guò)對(duì)動(dòng)能和動(dòng)能定理的演繹推理，使學(xué)生從中領(lǐng)略到物理等自然科學(xué)中所蘊(yùn)含的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬯P(guān)系，有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)和研究物理的興趣?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】能科學(xué)探究功與動(dòng)能變化的關(guān)系，借助牛頓第二定律，推到出動(dòng)能定理?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】會(huì)用動(dòng)能定理處理有關(guān)實(shí)際問(wèn)題，特別是動(dòng)能定理在變力做功和曲線運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用，領(lǐng)會(huì)運(yùn)用動(dòng)能定理解題的優(yōu)越性。【導(dǎo)入新課】思考：風(fēng)力發(fā)電是一種重要的節(jié)能方法，風(fēng)力發(fā)電的效率與哪些因素有關(guān)？高速行駛的汽車有非常大的沖擊力，運(yùn)動(dòng)的汽車為什么具有那么大的能量呢？（引出本節(jié)主題“動(dòng)能”）【新課講授】動(dòng)能1、定義：物體因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)而具有的能量稱為動(dòng)能。（根據(jù)實(shí)例體會(huì)動(dòng)能的概念）思考：根據(jù)以下兩個(gè)問(wèn)題，猜想動(dòng)能的大小與什么因素有關(guān)？（1）質(zhì)量相同的汽車，運(yùn)動(dòng)得越快，具有的能量越多。動(dòng)能與物體的速度有關(guān)（2）相同的速度，載重貨車具有的能量要比小汽車具有的能量多。動(dòng)能與物體的質(zhì)量有關(guān)思考：如何驗(yàn)證動(dòng)能與質(zhì)量和速度的關(guān)系？【演示實(shí)驗(yàn)】在光滑的導(dǎo)軌，滑塊A由靜止開始滑下，與木塊B相碰，推動(dòng)木塊做功。（分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論）甲：質(zhì)量不同的小球從同一高度釋放。乙：同一小球從不同高度釋放。設(shè)質(zhì)量為m的某物體，在與運(yùn)動(dòng)方向總相同的恒力F的作用下發(fā)生一段位移l，速度由v1增加v2，如圖所示。試尋求這個(gè)過(guò)程中力F做的功與v1、v2的關(guān)系？根據(jù)牛頓第二定律：由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式：把F和l的表達(dá)式代入W=Fl得:【結(jié)論】物體的質(zhì)量越大，速度越大，它的動(dòng)能就越大。即質(zhì)量、速度是動(dòng)能的兩個(gè)影響因素。2、動(dòng)能表達(dá)式：Ek3、動(dòng)能是標(biāo)量，是一個(gè)狀態(tài)量，單位是焦耳（J）4、動(dòng)能只有正值，沒(méi)有負(fù)值。5、動(dòng)能具有瞬時(shí)性。三、動(dòng)能定理力在一個(gè)過(guò)程中對(duì)物體所做的功,等于物體在這個(gè)過(guò)程中動(dòng)能的變化.注意：動(dòng)能定理說(shuō)明了功和能的密切關(guān)系，即做功的過(guò)程是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程。等號(hào)并不意味著“功轉(zhuǎn)化成動(dòng)能”，也不是“功是動(dòng)能的增量”，而是“功引起動(dòng)能的變化”。體會(huì)“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”對(duì)動(dòng)能定理的理解：（1）既適用于直線運(yùn)動(dòng)，也適用于曲線運(yùn)動(dòng)；既適用于恒力做功，也適用于變力做功；既適用于單個(gè)物體，也適用于多個(gè)物體；既適用于一個(gè)過(guò)程，也適用于整個(gè)過(guò)程。（2）動(dòng)能只有正值，但動(dòng)能的變化卻有正負(fù)，動(dòng)能的變化量為正值，說(shuō)明合力對(duì)物體做正功；如果為負(fù)值，說(shuō)明合力對(duì)物體做負(fù)功，或者說(shuō)物體克服合力做功四、動(dòng)能定理的應(yīng)用【例題一】一架噴氣式飛機(jī)，質(zhì)量m=5.0×103kg，起飛過(guò)程中從靜止開始滑跑.當(dāng)位移達(dá)到l=5.3×102m時(shí)，速度達(dá)到起飛速度v=60m/s.在此過(guò)程中飛機(jī)受到的平均阻力是飛機(jī)重力的0.02倍.求飛機(jī)受到的牽引力。解法一：以飛機(jī)為研究對(duì)象，它做勻加速直線運(yùn)動(dòng)且受到重力、支持力、牽引力和阻力作用F合=F-kmg=ma①又v2-02=2al,所以a=②由①和②得:F-kmg=F=kmg+=0.02×5×103×10N+5×103×N=1.8×104N.解法二：以飛機(jī)為研究對(duì)象，它受到重力、支持力、牽引力和阻力作用，這四個(gè)力做的功分別為WG=0，W支=0，W牽=Fl，W阻=-kmgl.據(jù)動(dòng)能定理得：Fl-kmgl=mv2,代入數(shù)據(jù)，解得F=1.8×104N.（引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這兩種方法進(jìn)行比較，讓學(xué)生體會(huì)到運(yùn)用動(dòng)能定理處理問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn)）【例題二】如圖所示，一輛汽車正以的速度勻速直線行駛，司機(jī)發(fā)現(xiàn)在前方150m處停有一輛故障車輛，馬上進(jìn)行剎車操作。該司機(jī)的反應(yīng)時(shí)間，剎車時(shí)汽車受到的阻力是重力的12。取重力加速度。請(qǐng)計(jì)算從發(fā)現(xiàn)故障車至停下，汽車在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移，據(jù)此判斷兩輛車是否會(huì)相撞。方法一：運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律及動(dòng)力學(xué)知識(shí)（1）反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，汽車以的速度勻速運(yùn)動(dòng)該段時(shí)間內(nèi)的位移（2）剎車后，汽車做初速度為勻減速直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)其受力分析，利用牛頓第二定律可得加速度，根據(jù)動(dòng)力學(xué)公式可得發(fā)現(xiàn)故障車至停下，汽車的位移，所以不會(huì)撞上。方法二：利用動(dòng)能定理（1）反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，汽車以的速度勻速運(yùn)動(dòng)該段時(shí)間內(nèi)的位移（2）剎車后，由動(dòng)能定理可得整理可得發(fā)現(xiàn)故障車至停下，汽車的位移，所以不會(huì)撞上?！纠}小結(jié)】此類問(wèn)題，牛頓定律和動(dòng)能定理都適用，但動(dòng)能定理更簡(jiǎn)潔明了。思考：動(dòng)能定理的優(yōu)點(diǎn)在哪里呢?動(dòng)能定理不涉及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度和時(shí)間，用它來(lái)處理問(wèn)題要比牛頓定律方便。動(dòng)能定理能夠解決變力做功和曲線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，而牛頓運(yùn)動(dòng)解決這樣一類問(wèn)題非常困難?！纠}三】某同學(xué)從高為h處以速度v0水平拋出一個(gè)鉛球，求鉛球落地時(shí)速度大小。利用動(dòng)能定理解決曲線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題【例四】一質(zhì)量為m的小球，用長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕繩懸掛于天花板上，小球在水平力F的作用下，從最低點(diǎn)P點(diǎn)緩慢地移到Q點(diǎn)，此時(shí)繩子轉(zhuǎn)過(guò)了θ角，如圖所示，則力F做的功為（）A．mgLcosθB．mgL(1－cosθ)C．FLsinθD．FLcosθh=L(1－cosθ)；WG=－mgL(1－cosθ)；根據(jù)動(dòng)能定理WF＋WG=0－0所以，WF=－WG=mgL(1－cosθ)利用動(dòng)能定理解決變力做功問(wèn)題【總結(jié)】用動(dòng)能定理解題的一般步驟：①確定研究對(duì)象和研究過(guò)程。②分析物理過(guò)程，分析研究對(duì)象在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力情況，畫受力示意圖，及過(guò)程狀態(tài)草圖，明確各力做功情況，即是否做功，是正功還是負(fù)功。③找出研究過(guò)程中物體的初、末狀態(tài)的動(dòng)能（或動(dòng)能的變化量）④根據(jù)動(dòng)能定理建立方程，代入數(shù)據(jù)求解，對(duì)結(jié)果進(jìn)