《动能的改变》教学设计

《动能的改变》教学设计

 [教材分析]

　　动能定理是力学中的一条重要规律。本节课首先介绍动能的概念，通过实例让学生认识到运动的物体具有能量，称为动能。让学生感受动能的大小与哪些因素有关？再给出动能的表达式。探究恒力做功与动能改变的关系时，利用气垫导轨老师操作学生读数，有条件的话可以分组实验，通过分析数据让学生得出结论。然后再根据牛顿第二定律让学生自行通过理论推导得出动能定理。　

[教学设计]

[教学目标]

[知识与技能]

1．理解动能的概念：

（1）知道什么是动能。

（2）知道在国际单位制中动能的单位是焦耳（J）；动能是标量，是状态量。

　　2．掌握动能定理：

　　（1）掌握外力对物体所做的总功的计算，理解“代数和”的含义。

（2）理解和运用动能定理。

[过程与方法]

1．让学生体验实验与探究的方法

2．让学生练习理论推导的方法

［情感态度与价值观］

让学生体会到生活中的物理现象，体会到理论与实践相结合的研究和学习的方法。

［教学重点、难点］

　　1．本节重点是对动能公式和动能定理的理解与应用。

　　2．动能定理中总功的分析与计算在初学时比较困难，应通过例题逐步提高学生解决该问题的能力。

　　3．通过动能定理进一步加深功与能的关系的理解，让学生对功、能关系有更全面、深刻的认识，这是本节的较高要求，也是难点。

［教学用具］

投影仪与幻灯片若干，气垫导轨装置。

［教学时数］　一课时

［教学过程］

一、             引入新课

展示图片：体会物体具有能量。

　　 　　　　 　　　　　 　

二、探究学习

（一）动能

　　1．什么是动能？它与哪些因素有关？请学生举例回答，然后总结作如下板书：

　　物体由于运动而具有的能叫动能，它与物体的质量和速度有关。

2．动能公式：　　　　

动能与功一样，也是标量，不受速度方向的影响。它在国际单位制中的单位也是焦耳（J）。一个物体处于某一确定运动状态，它的动能也就对应于某一确定值，因此动能是状态量

　（二）恒力做功与动能改变的关系

　１．实验与探究：

　（１）设计实验

考虑测量哪些物理量？用什么方法和什么器材进行实验？

　（２）实验方案　（略）

　（３）自己设计一个实验数据记录表并将实验数据填写在表中。

　（４）由实验数据得出结论：

　恒力做功与动能改变的关系是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

　（三）动能定理

１．动能定理的推导

假设物体原来就具有速度v1，在合外力F作用下，经过一段位移s，速度达到v2，如图2，则此过程中，外力做功与动能间又存在什么关系呢？

根据牛顿第二定律学生自行推导：

　　

　　合外力对物体所做功等于物体动能的改变。这个结论叫动能定理。

　　用W总表示合外力对物体做的功，用Ek1表示物体初态的动能，用Ek2表示末态动能，则动能定理表示为：

　　２．对动能定理的理解：

　　动能定理是学生新接触的力学中又一条重要规律，应立即通过举例及分析加深对它的理解。

　　a．对合外力对物体做功的理解

　　有的力促进物体运动，而有的力则阻碍物体运动。因此它们做的功就有正、负之分，合外力的功可理解为总功，总功指的是各外力做功的代数和；W总=W1＋W2＋…=F1·s＋F2·s＋…=F合·s。

　　b．对该定理标量性的认识

　　因动能定理中各项均为标量，因此单纯速度方向改变不影响动能大小。如匀速圆周运动过程中，合外力方向指向圆心，与位移方向始终保持垂直，所以合外力做功为零，动能变化亦为零，并不因速度方向改变而改变。

　　c．对定理中“变化”一词的理解

　　由于外力做功可正、可负，因此物体在一运动过程中动能可增加，也可能减少。因而定理中“变化”一词，它的确切含义为末态与初态的动能差，或称为“改变量”。数值可正，可负。

　　d．对状态与过程关系的理解

　　功是伴随一个物理过程而产生的，是过程量；而动能是状态量。动能定理表示了过程量等于状态量的改变量的关系。

　　３．例题讲解或讨论

　　主要针对本节重点难点——动能定理，适当举例，加深学生对该定理的理解，提高应用能力。

　　例．在水平放置的长直木板槽中，一木块以6.0m／s的初速度开始滑动。滑行4.0m后速度减为4.0m／s，若木板糟粗糙程度处处相同，此后木块还可以向前滑行多远？

　　此例是为加深学生对负功使动能减少的印象，需正确表示动能定理中各物理量的正负。解题过程如下：

　　设木板槽对木块摩擦力为f，木块质量为m，据题意使用动能定理有：

　　

　　二式联立可得：s2=3.2m，即木块还可滑行3.2m。

　　此题也可用运动学公式和牛顿定律来求解，但过程较繁，建议布置学生课后作业，并比较两种方法的优劣，看出动能定理的优势。

　　４．动能定理的应用步骤：

　　（1）明确研究对象及所研究的物理过程。

　　（2）对研究对象进行受力分析，并确定各力所做的功，求出这些力的功的代数和。

　　（3）确定始、末态的动能。（未知量用符号表示），根据动能定理列出方程

W总＝Ek₂—Ek₁

　　（4）求解方程、分析结果。

三、课堂小结

　　1．对动能概念和计算公式再次重复强调。

　　2．对动能定理的内容，应用步骤，适用问题类型做必要总结。

　　3．通过动能定理，再次明确功和动能两个概念的区别和联系、加深对两个物理量的理解。

 

四、达标检测

１、试比较下列每种情况下，甲、乙两物体的动能：（除下列点外，其他情况相同）

　　①物体甲的速度是乙的两倍；②物体甲向北运动，乙向南运动；

　　③物体甲做直线运动，乙做曲线运动；④物体甲的质量是乙的一半。

２、一物体做变速运动时，下列说法正确的是 [ 　]

　　A．合外力一定对物体做功，使物体动能改变

　　B．物体所受合外力一定不为零

　　C．合外力一定对物体做功，但物体动能可能不变

　　D．物体加速度一定不为零

３、质量m=1kg的物体，原来的速度v1=2m/s，受到一个与运动方向相同的力F=4Ｎ的作用，发生的位移s=2m，物体的末动能多大？