4-3 探究外力做功与物体动能变化关系 教学设计

探究外力做功与物体动能变化关系
1教材分析
1、本节内容的地位
动能定理是功能关系的重要体现，是推导机械能守恒定律的依据，因此是本章的重中之重。同时它也是每年高考必考内容。因此学好动能定理对每个学生都尤为重要。
2、本节内容的特点
（1）以日常生活中实例和图片呈现内容。
（2）突出实验探究，使学生经历和体验科学探究的方法。
（3）重视学生的自主学习。
（4）重视过程与方法的教育和理性思维的训练。
3、本节内容的重点与难点
（1）重点：对动能公式和动能定理的理解与应用。
（2）难点：通过对动能定理的理解，加深对功、能关系的认识。
（3）教学关键点：动能定理的实验探究与理论推导。
2学情分析
1、知识、能力层面
为了学习这节内容，前面已有很多知识铺垫。学生知道了牛顿运动定律、运动学公式，解了功并能进行简单的计算。并且学生已经经历过同学之间相互协作、相互讨论、相互交流及最后的成果展示的学习过程，具备了处理问题的一般思路方法：提出问题—分析问题—解决问题。
2、思维特点
对事物的认识从感性认识到理性认识，对问题的习惯从定量分析到定性分析。
3教学目标
1、知识与技能
（1）了解功是能量变化的量度。
（2）知道外力对物体做功可以改变物体的动能。
（3）知道动能的定义式，动能是标量，会根据动能的定义式来计算运动物体的动能。
（4）会用实验方法来探究外力做功与动能变化之间的关系。
（5）知道动能定理的物理意义，能进行相关分析与计算。
2、过程与方法
（1）举例说明功是能量变化的量度，体会功和能的关系的普遍性和各种运动形式的联系。
（2）根据功和能的关系，导出动能的定义式，体会动能的定义式的建立过程。
（3）经历实验探究外力对物体所做的功与物体动能变化关系的过程，体会科学探究的方法。
3、情感、态度与价值观
（1）通过典型的事例，体会功和能是两个联系密切的物理量。
（2）通过“讨论与交流”，具有合作精神和积极参与的意识，提高语言表达能力。
（3）通过实验与探究，体验物理学科既是基于实验探究的一门实验性学科，同时也是严密数学语言逻辑的学科养成探究意识。
4教法与学法
1、教学方法
依据《物理课程标准》和学生的认知特点，在课堂教学设计中要通过问题探究的方式，强化学生在学习过程中基于问题探究的过程性体验，为此，采取“任务驱动式教学”设计程序化的问题，有效引导学生自主、合作和有效的探究性学习。通过让学生亲自动手进行设计实验与探究充分调动学生的积极性，实验方案以小组合作研讨的方式并参考教材提出的问题由学生自行设计，培养学生的合作精神，探究意识，体现学生的主体作用和教师的主导作用，将实验和理论分析相结合，体现教学和学习方式的多样化。
将粤教版教材中的《动能势能》分成两个部分，其中动能与动能定理组合作为本节课的教学内容。
以实验引入课题，通过实验与探究充分调动学生学习的积极性，培养学生的合作精神、探究意识，体现学生的主体作用和教师的主导作用，将实验与探究和理论分析相结合，体现教学和学习方式的多样化。
2、学习方法
学生的学法采取：任务驱动和合作探究，充分参与课堂，设计实验、动脑分析，体验“现象——理论——应用”的探究过程。
5教学过程
5.1
第一学时
5.1.1板书设计
动能及动能定理
一、动能：物体由于运动而具有的能量
Ek=mv2/2
单位：焦耳J
二、动能定理：合外力做功的多少对应物体动能的改变量
W合=△Ek
理解：①外力对物体做功引起物体动能的变化
②外力对物体做功是物体动能变化的量度
5.1.2教学活动
活动1【导入】实验引入
【教学内容】
小车分三次从斜面滑下撞击水平面上的物体。
情景1：
小车从不同高度滑下，被撞击物体运动的位移大小不同。
情景2：
改变小车的质量，会出现什么现象？
问题：
此现象说明了什么？
过渡语：
那么物体的动能大小与物体质量、速度之间有什么定量关系呢？
【学生活动】
观察实验，并解释实验现象
【思维对话】
1、从斜面下滑到水平面上的小车可以撞击物体，即对物体做功。
说明：①能够对其他物体做功的物体具有能。
②运动的小车具有能量，即动能。
2、从不同高度下滑或不同质量的小车对水平面物体做功的大小不同。
说明：物体动能的大小与物体的质量、速度有关。
活动2【讲授】新课学习
【教学内容】
一、动能
情景：水平面上运动小车因为受到阻力作用而最终停下。
问题1：
物体的动能为什么会消失？
问题2：
阻力做功的大小与小车质量m、初速度v之间的关系是什么？
结论：
物体的动能大小为Ek=mv2/2
【学生活动】
利用已学知识得到新的知识
【思维对话】
1、在运动过程中，小车的动能全用于克服阻力做功。
2、阻力做功大小W=μmgs
其中根据运动学公式及牛顿第二定律可知，
0—v2=—2as
a=μg
所以
W=mv2/2
过渡问题：物体如何获得动能？
外力做功使物体获得动能。
活动3【活动】实验探究与讨论
【教学内容】
二、外力做功与动能的变化关系
1、实验探究
分组讨论：
请设计一个实验，探究做功与动能变化的关系
提供实验仪器：
打点计时器、光电门、重锤、纸带、刻度尺、铁架台、气垫导轨、滑块、细绳、钩码、斜面、小车、小球、传感器等
引导提问：
根据W合=△Ek，你想制定怎样的探究计划？
提示：
2、根据Fs=mv2/2－mv02/2，你想具体测量哪些物理量？
3、研究多个物理量之间的关系时，你想采用怎样的实验方法？
对学生提出的各种方案进行挑选并做出对比及指导，并选择其中最简单的一种方案进行演示实验
提问：
怎样控制物理量才能使实验过程较为简单？
回答：
让物体由静止开始运动，及初动能为零
【学生活动】
开拓思维、学会团队合作、设计合理的实验方案并观察演示实验
【探究实验演示】
以篮球的自由落体运动为例展开实验。
测量需要的物理量：
①用台秤测篮球的质量m
②用力学传感器测篮球的重力G
③利用位置传感器测篮球下落的高度h及篮球对应位置的瞬时速度v
将传感器数据进行设定，使得到的数据变为重力做功的大小和篮球所获得的动能大小，并得到W—t图像与Ek—t图像。
由分析重合的图像可知，
重力做功的大小等于篮球所获动能的大小。
活动4【讲授】理论分析与应用
【教学内容】
理论分析：
例题1：
如图所示，假设小车质量为m，在不变的牵引力F的作用下行驶，速度由v0增加到vt，相应的行驶距离为s，在行驶过程中小车所受阻力恒为f。根据学过的知识能否自己探究出汽车动能变化与F、f、s之间的关系？
解析：
由牛顿第二定律及运动学公式可得
F—f=ma
vt2—v02=2as
化简得
（F—f）s=mvt2/2－mv02/2
总结：
1、由（F—f）s=mvt2/2－mv02/2可知
合外力对物体做功引起物体动能的变化，力对物体做功是物体动能变化的原因。
2、由W=Ek2－Ek1=△Ek可知
合外力对物体做功是物体动能变化的量度，两者在数值上相等。
三、动能定理
合外力做功的多少对应物体动能的改变量
W合=△Ek
例题2：
一质量为2kg的物体，从高度为12m的位置无初速度释放，请用两种方法求出此物体下落5m时的速度（g=10m/s2)
方法一
运动学公式，可得vt2—0=2gh
解得vt=10m/s
方法二
动能定理（重力做功等于物体动能的变化大小），可得mgh=mvt2/2－0
解得vt=10m/s
【学生活动】
自主思考，求解问题，交流讨论
【思维对话】
学生总结：
动能定理中的注意事项：
①因果关系
②数值关系
活动5【讲授】课堂小结
回想本节所学内容，总结知识点。