教學(xué)設(shè)計：動能的改變

動能的改變教學(xué)設(shè)計在建立了“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”概念的基礎(chǔ)上，教材提出“我們在初中學(xué)過，物體由于運(yùn)動而具有的能量叫做動能.物體的動能跟物體的質(zhì)量和速度都有關(guān)系.”接著引入了演示實驗：物體動能與質(zhì)量及速度的關(guān)系，定性研究物體動能與質(zhì)量和速度的關(guān)系，此處的演示實驗是為建立學(xué)生對動能的感性認(rèn)識而設(shè)計的，體現(xiàn)了從感性到理性，從定性到定量的逐步深化的教學(xué)程序.然后提出“從上式我們看到，動能的大小和運(yùn)動物體的質(zhì)量、運(yùn)動速度有關(guān).物體的質(zhì)量m越大，運(yùn)動速度v越大，動能Ek就越大.在物理學(xué)中就用這個量表示物體的動能.”接著設(shè)計實驗，利用打點(diǎn)計時器研究小車在近似恒力作用下的動能變化情況，從而實現(xiàn)探究恒力做功與物體動能的變化是什么關(guān)系.再利用恒力作用下物體做勻加速運(yùn)動過程，從理論上推導(dǎo)出動能定理表達(dá)式：最后指出動能定理的物理意義及其應(yīng)用.總之，本節(jié)教材在教學(xué)設(shè)計上遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，遵循辯證唯物主義的認(rèn)識論，使學(xué)生對動能的建立和理解有一個從感性到理性，從定性到定量的過程，使學(xué)生對物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)并不感到突然和困難.通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生理解動能定理的推導(dǎo)過程，清楚動能定理的適用條件，通過對比分析使學(xué)生體會到應(yīng)用動能定理解題與牛頓運(yùn)動定律及運(yùn)動學(xué)公式解題的不同點(diǎn)：運(yùn)用動能定理解題由于不涉及物體運(yùn)動過程中的加速度和時間，因此用它來處理問題有時比較方便.教學(xué)重點(diǎn)1.動能的概念；2.動能定理及其應(yīng)用；3.學(xué)習(xí)探究恒力做功與物體動能變化關(guān)系的物理方法，并會利用圖象法處理數(shù)據(jù).教學(xué)難點(diǎn)1.對動能定理的理解和應(yīng)用；2.實驗數(shù)據(jù)的處理方法——圖象法.教具準(zhǔn)備投影片、CAI課件、導(dǎo)軌、小車、砝碼、紙帶、細(xì)線、復(fù)寫紙等.課時安排1課時三維目標(biāo)一、知識與技能1.理解什么是動能；2.知道動能的定義式，會用動能的定義式進(jìn)行計算；3.理解動能定理及其推導(dǎo)過程，知道動能定理的適用范圍；4.鞏固用打點(diǎn)計時器打下的紙帶計算物體運(yùn)動的即時速度；5.學(xué)習(xí)利用物理圖象探究功與物體動能變化的關(guān)系.二、過程與方法1.通過用紙帶與打點(diǎn)計時器來探究功與速度的關(guān)系，體驗知識的探究過程和物理學(xué)的研究方法；2.運(yùn)用演繹推導(dǎo)方式推導(dǎo)動能定理的表達(dá)式；3.理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力.三、情感態(tài)度與價值觀1.通過實驗探究，體會學(xué)習(xí)的快樂，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣；通過親身實踐，樹立“實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)觀；2.通過動能定理的演繹推導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)研究的興趣.教學(xué)過程導(dǎo)入新課教師提問：什么是物體的動能？物體的動能與什么因素有關(guān)？學(xué)生回答：物體由于運(yùn)動而具有的能叫動能；物體的動能跟物體的質(zhì)量和速度有關(guān)系.教師活動：物體的動能跟物體的質(zhì)量、速度有什么關(guān)系呢？本節(jié)課我們就來研究這個問題.板書：動能的改變推進(jìn)新課一、動能（一）（演示）1.多媒體展示實驗裝置：讓滑塊A從光滑的導(dǎo)軌上滑下，與木塊B相碰，推動木塊做功.2.實物演示并觀察現(xiàn)象.3.學(xué)生描述看到的現(xiàn)象：a.讓滑塊A從不同的高度滑下，可以看到：高度大時滑塊把木塊推得遠(yuǎn)，對木塊做的功多；b.讓質(zhì)量不同的滑塊從同一高度下滑，可以看到：質(zhì)量大的滑塊把木塊推得遠(yuǎn)，對木塊做的功多；4.實物演示教材P23“迷你實驗室”.5.學(xué)生描述看到的現(xiàn)象：同上面實驗有相似的結(jié)論，質(zhì)量大、速度快的物體對其他物體做的功就多，所具有的能量就大.教師活動：從功能關(guān)系定性分析得到：物體的質(zhì)量越大，速度越大，它的動能就越大.在物理學(xué)中就用這個量來表示物體的動能.板書：a.物體的動能等于物體質(zhì)量與物體速度的二次方的乘積的一半.b.公式：c.動能是標(biāo)量d.動能的單位：與功的單位相同，在國際制中都是焦（J）（二）（投影下列思考題）一架飛機(jī)在牽引力的作用下（不計阻力），在起飛跑道上加速運(yùn)動，分析：1.飛機(jī)的動能如何變化？2.飛機(jī)的動能變化的原因是什么？學(xué)生活動：分析并討論上述問題：1.因為飛機(jī)的速度越來越大，所以飛機(jī)的動能在不斷增大.2.由于牽引力對飛機(jī)做功，導(dǎo)致飛機(jī)的動能不斷增大.教師活動：由于牽引力做功導(dǎo)致飛機(jī)動能增大，我們知道物體的動能和速度有關(guān)，我們還不能馬上得出力對物體做的功和動能的關(guān)系，我們先來研究恒力對物體做的功和速度變化的關(guān)系.【方法引導(dǎo)】由于牽引力所做的功和動能變化之間的等量關(guān)系，我們可以根據(jù)恒力做功的多少，來定量地確定動能和恒力做功多少之間的關(guān)系.二、恒力做功與動能改變之間的關(guān)系【合作探究】教師活動：指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材P24“實驗與探究”部分，投影問題：（1）探究過程中，我們是否需要測出砝碼的具體重力數(shù)值？是否需要測出各次小車速度的具體數(shù)值？可以怎么做？（2）每次實驗中砝碼的放置有什么要求？為什么？（3）小車獲得的速度怎樣計算？（4）實驗完畢后，我們用什么方法分析砝碼的重力對小車做的功和小車動能的關(guān)系？學(xué)生活動：認(rèn)真閱讀教材，思考問題并回答.教師活動：傾聽學(xué)生回答，幫助學(xué)生解決疑難，回答學(xué)生可能提出的問題.點(diǎn)評：培養(yǎng)學(xué)生在實驗探究前要養(yǎng)成思考的習(xí)慣.有了正確的探究思路，才會避免探究的盲目性.教師活動：指導(dǎo)學(xué)生分組實驗，并引導(dǎo)學(xué)生思考下面的問題：（1）小車在木板上運(yùn)動時會受到阻力，可以采用什么方法進(jìn)行補(bǔ)償？（2）紙帶上的點(diǎn)距并不都是均勻的，應(yīng)該采用哪些點(diǎn)距來計算小車的速度？為什么？學(xué)生活動：分組實驗（根據(jù)條件狀況，可兩人一組，可四人一組）.點(diǎn)評：通過學(xué)生分組實驗，培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊精神，提高學(xué)生動手能力.教師活動：巡視、指導(dǎo)，解答學(xué)生提出的問題，處理即發(fā)事件.重點(diǎn)指導(dǎo)一兩個組順利完成實驗，以便后面實驗數(shù)據(jù)的處理.……教師活動：學(xué)生實驗完畢后，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.問題：根據(jù)測出的數(shù)據(jù)，怎樣預(yù)測恒力的功與動能的關(guān)系？用圖象法研究功與動能的關(guān)系時怎樣使研究過程簡便直觀？學(xué)生活動：思考老師提出的問題，并在坐標(biāo)紙上建立坐標(biāo)系，作出W-v2曲線，尋找功與動能的關(guān)系.點(diǎn)評：教師要放開，讓學(xué)生大膽猜想，獨(dú)立完成探究過程.有的學(xué)生可能會走彎路，甚至失敗，探究結(jié)果并不重要，重要的是讓學(xué)生親歷探究的過程.【知識拓展】體會圖象法在物理解題中的應(yīng)用有一只小老鼠離開洞穴沿直線前進(jìn)，它的速度與到洞穴的距離成反比，當(dāng)它行進(jìn)到離洞穴距離為d1的甲處時速度為v1，試求：（1）老鼠行進(jìn)到離洞穴距離為d2的乙處時速度v2為多大？（2）從甲處到乙處要用去多少時間？解析：（1）由老鼠的速度與到洞穴的距離成反比，得v2d2=v1d1，所以老鼠行進(jìn)到離洞穴距離為d2的乙處時速度v2=d1v1/d2.（2）由老鼠的速度與到洞穴的距離成反比，作出圖象，如圖所示由圖線下方的面積代表的物理意義可知，從d1到d2的“梯形面積”就等于從甲處到乙處所用的時間，易得.點(diǎn)評：用圖象法解決物理問題，簡便直觀，往往會收到意想不到的效果.新課標(biāo)一再強(qiáng)調(diào)，思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木.學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花、水中月.所以我們不能怕耽誤時間等主觀因素而忽略學(xué)生親自動手實驗的機(jī)會.三、動能定理教師活動：通過上面的實驗與探究，我們已經(jīng)知道了恒力對物體所做的功與物體動能變化之間的關(guān)系，那么能不能從理論上證明物體的動能改變與恒力做功的關(guān)系呢？接下來我們就來研究這個問題.點(diǎn)評：通過知識的遷移，找到探究規(guī)律的思想方法，形成良好的思維習(xí)慣.教師活動：在以下簡化的情景下求出力對物體做功的表達(dá)式.設(shè)物體的質(zhì)量為m，在與運(yùn)動方向相同的恒定外力F的作用下發(fā)生一段位移l，速度由v1增加到v2，如圖所示.試用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式，推導(dǎo)出力F對物體做功的表達(dá)式.學(xué)生活動：在練習(xí)本上獨(dú)立推導(dǎo)，求出力對物體做功的表達(dá)式.教師活動：投影學(xué)生的推導(dǎo)過程.功的表達(dá)式為：教師活動：直接給出動能定理的表達(dá)式：有了動能的表達(dá)式后，前面我們推出的，就可以寫成W=Ek2-Ek1其中Ek2表示一個過程的末動能，Ek1表示一個過程的初動能.上式表明，力在一個過程中對物體所做的功，等于物體在這個過程中動能的變化,這個結(jié)論，叫做動能定理.提出問題：（1）如果物體受到幾個力的作用，動能定理中的W表示什么意義？結(jié)合生活實際，舉例說明.（2）動能定理，我們是在物體受恒力作用且做直線運(yùn)動的情況下推出的.動能定理是否可以應(yīng)用于變力做功或物體做曲線運(yùn)動的情況？學(xué)生活動：閱讀教材，思考問題，列舉實例；選出代表發(fā)表自己的見解.點(diǎn)評：通過學(xué)生閱讀，培養(yǎng)學(xué)生的閱讀理解能力；通過學(xué)生討論，明確動能定理的應(yīng)用范圍.動能定理的適用條件：動能定理既適合于恒力做功，也適合于變力做功，既適用于直線運(yùn)動，也適用于曲線運(yùn)動.【例題剖析】一架噴氣式飛機(jī)，質(zhì)量ｍ＝5×103kg，起飛過程中從靜止開始滑行的路程為s＝×102ｍ時，達(dá)到起飛速度v＝60ｍ/s，在此過程中飛機(jī)受到的平均阻力是飛機(jī)重力的倍(k＝，求飛機(jī)受到的牽引力.（注意：不要限制學(xué)生的解題思路）解法一：以飛機(jī)為研究對象，對它受力分析：重力、支持力、牽引力和阻力作用.F合＝F－kmg＝ｍa①又v2-02＝２as，②由①和②得：所以=×5×103×10N+5×103×N=×104N.解法二：以飛機(jī)為研究對象，它受到重力、支持力、牽引力和阻力作用，這四個力做的功分別為WＧ＝０，W支＝０，W牽＝Fs，W阻＝－kmgs.據(jù)動能定理得：代入數(shù)據(jù)，解得F＝×104Ｎ.學(xué)生活動：（學(xué)生講解自己的解答，并相互討論；教師幫助學(xué)生總結(jié)用動能定理解題的要點(diǎn)、步驟，體會應(yīng)用動能定理解題的優(yōu)越性）1.動能定理不涉及運(yùn)動過程中的加速度和時間，用它來處理問題要比牛頓定律方便.2.用動能定理解題，必須明確初末動能，要分析受力及外力做的總功.3.要注意：當(dāng)合力對物體做正功時，末動能大于初動能，動能增加；當(dāng)合力對物體做負(fù)功時，末動能小于初動能，動能減小.教師活動：解法一采用牛頓運(yùn)動定律和勻變速直線運(yùn)動的公式求解，要假定牽引力是恒力，而實際中牽引力不一定是恒力.解法二采用動能定理求解.因為動能定理適用于變力，用它可以處理牽引力是變力的情況.概括用動能定理解題的方法和步驟：①確定研究對象;②分析物體的受力情況，明確各個力是否做功，做正功還是做負(fù)功，明確合外力的功;③明確物體在始末狀態(tài)的動能;④根據(jù)動能定理列方程求解.合外力做功：各個力做功的代數(shù)和.要比求合力方便得多.點(diǎn)評：通過實例分析，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行情景分析，加深對物理規(guī)律的理解能力，加強(qiáng)物理與生活實踐的聯(lián)系.學(xué)生活動：獨(dú)立完成教材P26頁例題，鞏固知識.【知識拓展】動能定理的應(yīng)用如圖所示，質(zhì)量為m的鋼珠從高出地面h處由靜止自由下落，落到地面進(jìn)入沙坑h/10停止，則（1）鋼珠在沙坑中受到的平均阻力是重力的多少倍？（2）若讓鋼珠進(jìn)入沙坑h/8，則鋼珠在h處的動能應(yīng)為多少？設(shè)鋼珠在沙坑中所受平均阻力大小不隨深度改變.解析：（1）取鋼珠為研究對象，對它的整個運(yùn)動過程，由動能定理得W=WF+WG=ΔEk=0.取鋼珠停止處所在水平面為重力勢能的零參考平面，則重力的功，阻力的功，代入得，故有Ff/mg=11.即所求倍數(shù)為11.（2）設(shè)鋼珠在h處的動能為Ek，則對鋼珠的整個運(yùn)動過程，由動能定理得W=WF+WG=ΔEk=0-Ek，進(jìn)一步展開為9mgh/8—Ffh/8=-Ek，得Ek=mgh/4.點(diǎn)評：對第（2）問，有的學(xué)生這樣做，h/8—h/10=h