8.3动能和动能定理 教案（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 8.3动能和动能定理 教案（word版含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 578.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-07-05 17:26:34 | ||
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文档简介
8.3动能和动能定理
〖教材分析〗
本节在讲述动能和动能定理时，没有把二者分开讲述，而是以功能关系为线索，同时引入了动能的定义式和动能定理，通过本节的学习，应使学生理解动能定理的推导过程。清楚动能定理的适用条件，通过对比分析使学生体会到应用动能定理解题较牛顿运动定律与运动学公式解题的不同点。运用动能定理解题，由于不涉及物体运动过程中的加速度和时间，因此用它俩处理问题有时比较方便。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：树立能量的观念，理解动能的概念，理解动能定理的物理意义，能进行相关分析与计算。
科学思维：运用演绎推导方式推导动能定理的表达式，理论联系实际，学习运用动能定理分析解决问题的方法。
科学探究：通过探究外力对物体所做的功与物体动能的变化关系，学会获取知识与实验技能的方法；通过理论分析与论证的过程，使学生受到理性思维的训练。
科学态度与责任：通过动能定理的演绎推导，培养学生对科学研究的兴趣；通过实验与探究，培养学生的探究意识与实践能力。
〖教学重点与难点〗
重点：动能的概念，动能定理的理解和应用。
难点：对动能定理的理解和应用。
〖教学准备〗
多媒体课件
〖教学过程〗
一、新课引入
（播放炮弹发射动图）物体的动能跟物体的质量和速度都有关系。物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大。炮弹在炮筒内推力的作用下速度越来越大，动能增加这种情况下推力对物体做了功。
你还能举出其他例子，说明动能和力做的功有关吗？这对于定量研究动能有什么启发呢？
举例，汽车的加速，传球，抛东西等等。
大量实例说明，物体动能的变化和力对物体做的功密切相关。因此，研究物体的动能离不开对力做功的分析-，这与上一节研究重力势能的思路是一致的。
二、新课教学
（一）动能的表达式
质量为m的物体在光滑水平面上运动，在与运动方向相同的恒力F的作用下发生一段位移l，速度由v1增加到v2。
分析：在这个过程中竖直方向的重力和支持力与位移方向垂直，不做功。只有F做正功。
在这个过程中中恒力F对物体做功，使得物体的运动速度变化。根据
W=Flcosa
力与位移同向，cosa=1，所以式子为W=Fl。
因为水平面是光滑的，力可以直接用牛顿第二定律写成F=ma。
而位移可以匀变速宜线运动的初末速度与位移的关系式展开，有，因此位移就是
联立代入表达式W=Fl中可得F对物体做的功
这个就是物体在这个过程中外力做的功的最终表达式。
观察这个式子，跟初始时刻的速度v1有关，跟结束时刻的速度v2有关。既然这两部分和开始和结束相关。它们又都是的式子。看起来，很可能是一个具有特定意义的物理量。
物体的质量越大，速度越大，就越大，恰与前面问题导入所描述的动能的特征一致。
因此，我们把物体的质量m与物体运动的速度的平方相乘的一半叫做物体的动能。常用Ek表示，即
v表示瞬时速度。
①动能是标量，它本身没有方向，与物体的速度方向无关。
如果一个物体做匀速圆周运动的速度大小不变，方向不断改变，这个物体的动能是不变的。此外由于动能是标量，它只能进行代数相加减，如3J+4J=7J。
②单位：焦耳J，与功的单位相同。
在国际单位制中质量的单位是kg，速度的单位是m/s，根据定义式有平方 ，所以就是m2/s2 ，这样定义式右边为kgm/s2m，其中kgm/s2就是力的单位N，而Nm就是功的单位J，这跟能量的单位是相符的。即
1 kg ( m/s ) 2 = 1 N m = 1 J
③具有瞬时性。咱只能说某一时刻的动能，不能某段时间的内的动能。动能的瞬时性，是源于速度的瞬时性。动能与物体在任意时刻的速度是相对应的，它是一个状态量。
④具有相对性。这同样跟速度的相对性有关，对同一物体的某个状态选取不同的参考系时速度可能发生改变，既然速度的大小发生改变了。那么不同参考系下，动能也肯不一样。
思考与讨论
2016年8月16日，我国成功发射首颗量子科学实验卫星“墨子号”，它的质量为631kg,某时刻它的速度大小为7.6km/s,此时它的动能是多少？
（播放卫星动图）已知质量的瞬时速度，代入表达式即可，注意速度的单位转换。
（二）动能定理
观察这个式子，前面的这个就是结束时刻的动能，可以用Ek2表示，后面的这个就是初始时刻的动能，可以用Ek1表示。则
W=EK2-EK1
等式的右边就是动能的变化量，左边是力对物体所做的功。功和动能的变化量仍然相等。
例如在刚才的例子力外力与运动方向相同，此时外力与位移同向做正功，速度在增加，所以末动能大于初动能，相减数值是正的，即动能增加。
如果把外力方向换成与运动方向相反，这个式子也仍然成立，只不过此时外力对物体做负功，速度减少，根据这里式子动能的变化也是负值。也就是动能减少了，也是符合理论分析的。
再比如在粗糙水平面上运动的小车，在摩擦力的作用下，速度逐渐减小，此时动能的减少就等于它克服摩擦力所做的功。
综合这些情况，可以总结出，力在一个过程中对物体做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。表达式：
W=Ek2-Ek1
这个结论叫作动能定理。
首先动能定理不仅是在只受一个外力时成立。 如果物体受到儿个力的共同作用，这个结论仍然正确。只不过此时力对物体所做的动，是指合力对物体所做的功W合=F合l。当然除了先求合力，以前我们学过的用每个力做功的代数和来计算它。即W合=W1+W2+W3+W4
另外刚才的例子是恒力作用下的直线运动，功比较容易计算。如果物体做曲线运动或者物体受到的外力时不断变化的，动能定理依然成立吗？
答案是肯定的。可以采用微元分割的方法，整个运动切成很多个小段，这样每一个小段都可以看成是受恒力作用的直线运动，于是就可以针对这一小段列出动能定理，把这些小段中力做的功相加，这样也能得到动能定理。因此动能定理仍然适用。
也就是说不论是直线运动、曲线运动、恒力做功还是变力做功，动能定理仍然适用。因此它在解决动力学问题时非常有用。
课本例题
例题1：一架喷气式飞机，质量m为7.0×104kg，起飞过程中从静止开始滑跑。当位移l达到2.5×102m时，速度达到起飞速度80m/s。在此过程中，飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍。求飞机平均牵引力的大小。
解题提示：先对飞机进行运动分析和受力分析、能量变分析。竖值方向的重力和支持力与运动方向垂直，垂直无功，只有水平方向的摩擦力与运动方向相反，做负功；牵引力与运动方向相同，做正功。初动能为零，末动能不为零，知道它在滑跑过程中增加的动能：根据动能定理，动能的增加等于牵引力做功和阻力做功的代数和。
例题2：人们有时用“打夯”的方式把松散的地面夯实。设某次打夯符合以下模型：两人同时通过绳子对重物各施加一个力，力的大小均为320 N,方向都与竖直方向成37 ，重物离开地面30cm后人停止施力，最后重物自由下落把地面砸深2cm。已知重物的质量为50kg, g取10m/s2, cos37 =0.8。 求：（1）重物刚落地时的速度是多大？（2）重物对地面的平均冲击力是多大？
解题提示：先对重物进行运动分析和受力分析、能量变分析。把物体的运动分为上升甲乙、下落到地面乙丙和深入地面丙丁三个过程。上升阶段拉力做正功，重力做负功，下落阶段拉力无功，重力正功，且大小与上升阶段的相同，深入地面阶段有重力做正功，阻力做负功。初动能为零，末动能不为零，知道它在下落过程中增加的动能：深入过程动能减少为0。根据动能定理求解。
归纳：找到初末状态的速度，以及过程的力做功情况。
科学方法
演绎推理，演绎推理是从一般性结论推出个别性结论的方法，即从已知的某些一般原理、定 理、法则、公理或科学概念出发，推出新结论的一种思维活动
比如，在“动能定理”的推导过程中，其出发点是將牛顿第二定律作为已知的知 识来考虑，然后经历一系列数学推导，从而得到新的结 ——动能定理。
课堂练习
例1：质量是8g的子弹，以300m/s的速度射入厚度是5cm的木板，射穿后的速度是100m/s。子弹射穿木板的过程中受到的平均阻力是多大
解题提示：先对子弹穿过木板进行运动分析和受力分析、能量变分析。阻力做负功，前后对比速度减少，即动能减少。应用动能定理即可。
例2：民航客机机舱紧急出口的气囊是一条连接出口与地面的斜面，若斜面高3.2m，斜面长6.5m，质量60kg的人沿斜面滑下时所受的阻力是240N，求人滑至底端时的速度。请用动能定理解答本题。
解题提示：先对人滑下斜面进行运动分析和受力分析、能量变分析。阻力做负功，重力做正功，支持力不做功，前后对比速度增加，即动能增加。应用动能定理即可。
〖板书设计〗
8.3动能和动能定理
动能的表达式
①m是物体的质量，v是物体的瞬时速率。
②标量，只有大小，没有方向，且只能是正值。
③动能的国际制单位是焦耳J，与功的单位相同。
④动能是状态量，具有瞬时性和具有相对性。
二、动能定理：W=Ek2-Ek1
在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。
〖教学反思〗
因为在初中学习过动能的概念，所以学生对于动能概念及定义式接受较快。但在动能定理的理解上存在很大的障碍，可能是对功能关系理解不够深刻，又或许是老师没有阐述清楚功能的关系，所以教师在功能关系的教学中必须要花大力气去引导学生理解功能之间的关系。
动能定理的推理是本节课的难点，也是一个能够体现教师教学艺术水平的阶段。本教案在这个内容上阐述得非常的清楚，教师在教学的过程中，也阐明动能定理推理的条件和做功的过程与动能的变化的因果逻辑，明确功能的关系。
〖教材分析〗
本节在讲述动能和动能定理时，没有把二者分开讲述，而是以功能关系为线索，同时引入了动能的定义式和动能定理，通过本节的学习，应使学生理解动能定理的推导过程。清楚动能定理的适用条件，通过对比分析使学生体会到应用动能定理解题较牛顿运动定律与运动学公式解题的不同点。运用动能定理解题，由于不涉及物体运动过程中的加速度和时间，因此用它俩处理问题有时比较方便。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：树立能量的观念，理解动能的概念，理解动能定理的物理意义，能进行相关分析与计算。
科学思维：运用演绎推导方式推导动能定理的表达式，理论联系实际，学习运用动能定理分析解决问题的方法。
科学探究：通过探究外力对物体所做的功与物体动能的变化关系，学会获取知识与实验技能的方法；通过理论分析与论证的过程，使学生受到理性思维的训练。
科学态度与责任：通过动能定理的演绎推导，培养学生对科学研究的兴趣；通过实验与探究，培养学生的探究意识与实践能力。
〖教学重点与难点〗
重点：动能的概念，动能定理的理解和应用。
难点：对动能定理的理解和应用。
〖教学准备〗
多媒体课件
〖教学过程〗
一、新课引入
（播放炮弹发射动图）物体的动能跟物体的质量和速度都有关系。物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大。炮弹在炮筒内推力的作用下速度越来越大，动能增加这种情况下推力对物体做了功。
你还能举出其他例子，说明动能和力做的功有关吗？这对于定量研究动能有什么启发呢？
举例，汽车的加速，传球，抛东西等等。
大量实例说明，物体动能的变化和力对物体做的功密切相关。因此，研究物体的动能离不开对力做功的分析-，这与上一节研究重力势能的思路是一致的。
二、新课教学
（一）动能的表达式
质量为m的物体在光滑水平面上运动，在与运动方向相同的恒力F的作用下发生一段位移l，速度由v1增加到v2。
分析：在这个过程中竖直方向的重力和支持力与位移方向垂直，不做功。只有F做正功。
在这个过程中中恒力F对物体做功，使得物体的运动速度变化。根据
W=Flcosa
力与位移同向，cosa=1，所以式子为W=Fl。
因为水平面是光滑的，力可以直接用牛顿第二定律写成F=ma。
而位移可以匀变速宜线运动的初末速度与位移的关系式展开，有，因此位移就是
联立代入表达式W=Fl中可得F对物体做的功
这个就是物体在这个过程中外力做的功的最终表达式。
观察这个式子，跟初始时刻的速度v1有关，跟结束时刻的速度v2有关。既然这两部分和开始和结束相关。它们又都是的式子。看起来，很可能是一个具有特定意义的物理量。
物体的质量越大，速度越大，就越大，恰与前面问题导入所描述的动能的特征一致。
因此，我们把物体的质量m与物体运动的速度的平方相乘的一半叫做物体的动能。常用Ek表示，即
v表示瞬时速度。
①动能是标量，它本身没有方向，与物体的速度方向无关。
如果一个物体做匀速圆周运动的速度大小不变，方向不断改变，这个物体的动能是不变的。此外由于动能是标量，它只能进行代数相加减，如3J+4J=7J。
②单位：焦耳J，与功的单位相同。
在国际单位制中质量的单位是kg，速度的单位是m/s，根据定义式有平方 ，所以就是m2/s2 ，这样定义式右边为kgm/s2m，其中kgm/s2就是力的单位N，而Nm就是功的单位J，这跟能量的单位是相符的。即
1 kg ( m/s ) 2 = 1 N m = 1 J
③具有瞬时性。咱只能说某一时刻的动能，不能某段时间的内的动能。动能的瞬时性，是源于速度的瞬时性。动能与物体在任意时刻的速度是相对应的，它是一个状态量。
④具有相对性。这同样跟速度的相对性有关，对同一物体的某个状态选取不同的参考系时速度可能发生改变，既然速度的大小发生改变了。那么不同参考系下，动能也肯不一样。
思考与讨论
2016年8月16日，我国成功发射首颗量子科学实验卫星“墨子号”，它的质量为631kg,某时刻它的速度大小为7.6km/s,此时它的动能是多少？
（播放卫星动图）已知质量的瞬时速度，代入表达式即可，注意速度的单位转换。
（二）动能定理
观察这个式子，前面的这个就是结束时刻的动能，可以用Ek2表示，后面的这个就是初始时刻的动能，可以用Ek1表示。则
W=EK2-EK1
等式的右边就是动能的变化量，左边是力对物体所做的功。功和动能的变化量仍然相等。
例如在刚才的例子力外力与运动方向相同，此时外力与位移同向做正功，速度在增加，所以末动能大于初动能，相减数值是正的，即动能增加。
如果把外力方向换成与运动方向相反，这个式子也仍然成立，只不过此时外力对物体做负功，速度减少，根据这里式子动能的变化也是负值。也就是动能减少了，也是符合理论分析的。
再比如在粗糙水平面上运动的小车，在摩擦力的作用下，速度逐渐减小，此时动能的减少就等于它克服摩擦力所做的功。
综合这些情况，可以总结出，力在一个过程中对物体做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。表达式：
W=Ek2-Ek1
这个结论叫作动能定理。
首先动能定理不仅是在只受一个外力时成立。 如果物体受到儿个力的共同作用，这个结论仍然正确。只不过此时力对物体所做的动，是指合力对物体所做的功W合=F合l。当然除了先求合力，以前我们学过的用每个力做功的代数和来计算它。即W合=W1+W2+W3+W4
另外刚才的例子是恒力作用下的直线运动，功比较容易计算。如果物体做曲线运动或者物体受到的外力时不断变化的，动能定理依然成立吗？
答案是肯定的。可以采用微元分割的方法，整个运动切成很多个小段，这样每一个小段都可以看成是受恒力作用的直线运动，于是就可以针对这一小段列出动能定理，把这些小段中力做的功相加，这样也能得到动能定理。因此动能定理仍然适用。
也就是说不论是直线运动、曲线运动、恒力做功还是变力做功，动能定理仍然适用。因此它在解决动力学问题时非常有用。
课本例题
例题1：一架喷气式飞机，质量m为7.0×104kg，起飞过程中从静止开始滑跑。当位移l达到2.5×102m时，速度达到起飞速度80m/s。在此过程中，飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍。求飞机平均牵引力的大小。
解题提示：先对飞机进行运动分析和受力分析、能量变分析。竖值方向的重力和支持力与运动方向垂直，垂直无功，只有水平方向的摩擦力与运动方向相反，做负功；牵引力与运动方向相同，做正功。初动能为零，末动能不为零，知道它在滑跑过程中增加的动能：根据动能定理，动能的增加等于牵引力做功和阻力做功的代数和。
例题2：人们有时用“打夯”的方式把松散的地面夯实。设某次打夯符合以下模型：两人同时通过绳子对重物各施加一个力，力的大小均为320 N,方向都与竖直方向成37 ，重物离开地面30cm后人停止施力，最后重物自由下落把地面砸深2cm。已知重物的质量为50kg, g取10m/s2, cos37 =0.8。 求：（1）重物刚落地时的速度是多大？（2）重物对地面的平均冲击力是多大？
解题提示：先对重物进行运动分析和受力分析、能量变分析。把物体的运动分为上升甲乙、下落到地面乙丙和深入地面丙丁三个过程。上升阶段拉力做正功，重力做负功，下落阶段拉力无功，重力正功，且大小与上升阶段的相同，深入地面阶段有重力做正功，阻力做负功。初动能为零，末动能不为零，知道它在下落过程中增加的动能：深入过程动能减少为0。根据动能定理求解。
归纳：找到初末状态的速度，以及过程的力做功情况。
科学方法
演绎推理，演绎推理是从一般性结论推出个别性结论的方法，即从已知的某些一般原理、定 理、法则、公理或科学概念出发，推出新结论的一种思维活动
比如，在“动能定理”的推导过程中，其出发点是將牛顿第二定律作为已知的知 识来考虑，然后经历一系列数学推导，从而得到新的结 ——动能定理。
课堂练习
例1：质量是8g的子弹，以300m/s的速度射入厚度是5cm的木板，射穿后的速度是100m/s。子弹射穿木板的过程中受到的平均阻力是多大
解题提示：先对子弹穿过木板进行运动分析和受力分析、能量变分析。阻力做负功，前后对比速度减少，即动能减少。应用动能定理即可。
例2：民航客机机舱紧急出口的气囊是一条连接出口与地面的斜面，若斜面高3.2m，斜面长6.5m，质量60kg的人沿斜面滑下时所受的阻力是240N，求人滑至底端时的速度。请用动能定理解答本题。
解题提示：先对人滑下斜面进行运动分析和受力分析、能量变分析。阻力做负功，重力做正功，支持力不做功，前后对比速度增加，即动能增加。应用动能定理即可。
〖板书设计〗
8.3动能和动能定理
动能的表达式
①m是物体的质量，v是物体的瞬时速率。
②标量，只有大小，没有方向，且只能是正值。
③动能的国际制单位是焦耳J，与功的单位相同。
④动能是状态量，具有瞬时性和具有相对性。
二、动能定理：W=Ek2-Ek1
在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。
〖教学反思〗
因为在初中学习过动能的概念，所以学生对于动能概念及定义式接受较快。但在动能定理的理解上存在很大的障碍，可能是对功能关系理解不够深刻，又或许是老师没有阐述清楚功能的关系，所以教师在功能关系的教学中必须要花大力气去引导学生理解功能之间的关系。
动能定理的推理是本节课的难点，也是一个能够体现教师教学艺术水平的阶段。本教案在这个内容上阐述得非常的清楚，教师在教学的过程中，也阐明动能定理推理的条件和做功的过程与动能的变化的因果逻辑，明确功能的关系。