《动能和动能定理》教学设计
一、设计理念：
本教学设计以新课程的三维目标为依据，重视学生的学习过程，体现“以学生为主体，以教师为主导”的新型师生关系，强化情感、态度与价值观的教育，发展学生的科学素养。力图在教学中营造活跃、宽松的学习氛围，鼓励学生合作探究，为学生与学生、教师与学生的交流与合作创设更多的机会，也为教学活动中的“生成”搭建舞台。其设计特色有二，其一，密切联系实际，从特殊简单问题到一般较复杂问题的循序渐进的研究；其二，教师精心设计引导，学生自然的自主探索，推理，师生互动贯穿整个教学过程。
教材分析：
1．内容：
本节内容是在前面知识的基础上进一步学习功与能量转化的定量关系。本节课是普通高中课程标准试验教科书《物理必修2》（人民教育出版社出版）第7章第7节。本节教材目的在于理解动能定理的精髓，是进一步理解功能关系的重要支撑。是本章教学的重点。通过前面几节的学习，学生已认识到某个力对物体做功就一定对应着某种能量的变化。通过本节课的学习，使学生对功是能量转化的量度有了进一步的理解，拓展了求功的思路，充分利用功能关系处理问题就是本节要研究的内容。
2．作用：
本节内容是功和能的具体应用。通过本节内容的学习，既深化了对功的概念的理解，使学生对“功是能量转化的量度”有了进一步地理解。拓展了求功的思路，充分利用功能关系处理问题。作为力学中最重要的规律之一，它的应用更是贯穿于以后的很多章节。由于功和能的转化关系应用十分广泛，所以必须使学生真正的掌握好它。
三、学情分析：
学生经过必修1的物理学习，特别是对牛顿三大定律的学习，对物理规律解释自然现象表示了深深地叹服，有较强的求知欲和探索精神。通过前面知识的学习，对功与能的关系有初步的理解，如重力做功会改变物体的重力势能，弹力做功会改变物体的弹性势能等。
学生的认识规律是从感性认识到理性认识，从定性到定量。学生自己推理、归纳教学内容，进行情景分析、创新能力有待训练加强。
四、三维目标：
1、知识与技能目标
（1）理解动能的概念；
（2）知道动能定理物理意义，知道动能定理的适用范围；
（3）理解动能定理及其推导过程，会用动能定理进行计算，解决问题。
2、过程与方法目标
（1）通过参与整个探究过程，体验科学研究的方法和艰辛历程。
（2）探究和验证过程中掌握观察、总结、熟练使用数学知识处理物理问题
（3）熟悉推理、总结归纳的方法
3、情感态度与价值观目标
（1）通过功能关系的推导演绎，培养学生的科学探究的兴趣。
（2）激发学生用不同方法处理同一问题的兴趣，会选择用最优的方法处理问题。
（3）领略自然的奇妙和谐，培养好奇心与求知欲使学生乐于探索。
五、教学重点和难点：
1.教学重点
1.动能的概念.
2.动能定理及其应用.
2.教学难点
对动能定理的理解和应用
六、教学方法分析：
本节课在教学的指导思想上，以学生为主体，强调互动的师生关系，课程进行中渗透科学探究的思想，贴近生活实际，使学生探究自然规律的同时获得学习物理的乐趣，激发学生探究科学的热情。
在教学方法和手段上，综合应用讲授、讨论演绎推导等多种方法，注重教学过程的科学探究的质量，重在理解，使学生在课程的学习中提高科学探究的能力。同时辅以多媒体课件演示，使一些无法观察，表现的物理情景得以直观呈现，加深感性认识和理性理解。
在学法指导上，让学生多进行观察思考、利用数学知识演绎推导，分析概括，从而得出结论；使学生在获取知识过程中，领会物理学的研究方法，培养严谨的科学研究的态度。
七、学习方法分析：
学生学习的过程实际上应该是学生主动获取、整理、贮存、运用知识和获得学习能力的过程，因此，在教学中指导学生学习时，应尽量避免单纯地、直接地向学生灌输知识和特定的学习方法。有效的学习方法应该渗透在具体的教学过程中进行。本节课主要渗透以下几个方面的学法指导。
1.通过情景实例引导学生用自己已具备的知识去自主的探究、推理、讨论总结、归纳出新的知识和规律。当然教师的合理有效的引导是非常重要的。一定要让学生感觉到学习过程是很自然、很合乎情理的，最终新的物理规律也就水到渠成的得到了。这样学生才能感觉到学习起来比较舒服，也就有了成就感和自信心。
2.问题的涉入要由简单到复杂，由特殊到一般，循序渐进，让学生在探究学习过程中有缓冲的机会。通过问题的层层深入，让学生有一步一步向前探索的欲望和兴趣。这也符合人们认知的规律。
3.新知识的获取之时正是需要巩固的时候，要准备好典型的例题让刚掌握这一本领的学生一试身手，让他们学会用知识去解决实际问题，并从中总结出处理问题方法。最后做以总结归纳。
八、教学过程设计：
导入新课
图片导入??利用大屏幕投影展示风力发电与龙卷风的图片，让学生观察、探讨
教师引导??参考问题：1.风力发电是一种重要的节能方法，风力发电的效率与哪些因素有关？
2.龙卷风给人类带来了极大的灾难，龙卷风为什么具有那么大的能量呢？
学习了本节动能和动能定理，就能够理解这种装置的应用原理.
推进新课
一、动能的表达式
功是能量转化的量度，每一种力做功对应一种能量形式的变化.重力做功对应于重力势能的变化，弹簧弹力做功对应于弹簧弹性势能的变化，前几节我们学习了重力势能的基本内容.“追寻守恒量”中，已经知道物体由于运动而具有的能叫做动能，大家举例说明哪些物体具有动能.
参案：奔驰的汽车、滚动的足球、摆动的树枝、投出的篮球等运动的物体都具有动能.
教师引导：重力势能的影响因素有物体的质量和高度，今天我们学习的动能影响因素有哪些？通过问题启发学生探究动能的影响因素.
学生思考后总结：汽车运动得越快，具有的能量越多，应该与物体的速度有关;相同的速度，载重货车具有的能量要比小汽车具有的能量多，应该与物体的质量有关.即动能的影响因素应该是物体的质量和速度.
问题：如何验证物体的动能与物体的质量和速度的关系？
演示实验：让滑块A从光滑的导轨上滑下，与木块B相碰，推动木块做功.
1.让同一滑块从不同的高度滑下，可以看到：高度大时滑块把木块推得远，对木块做的功多.
2.让质量不同的木块从同一高度滑下，可以看到：质量大的滑块把木块推得远，对木块做的功多.
师生总结：物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大.即质量、速度是动能的两个影响因素.
问题：动能到底跟质量和速度有什么定量的关系呢？动能的表达式是怎样的？
情景设置一：大屏幕投影问题
一架飞机在牵引力的作用下（不计阻力），在起飞跑道上加速运动，速度越来越大，问：
1.飞机的动能如何变化？为什么？
2.飞机的动能变化的原因是什么？
3.牵引力对飞机所做的功与飞机动能的变化之间有什么关系？
学生讨论并总结回答：
1.在起飞过程中，飞机的动能越来越大，因为飞机的速度在不断增大.
2.由于牵引力对飞机做功，导致飞机的动能不断增大.
3.据功能关系：牵引力做了多少功，飞机的动能就增大多少.由于牵引力所做的功和动能变化之间的等量关系，我们可以根据做功的多少，来定量地确定动能.
情景设置二：大屏幕投影问题，可设计如下理想化的过程模型:
????设某物体的质量为m，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，如图所示.
提出问题：
1.力F对物体所做的功是多大？
2.物体的加速度是多大？
3.物体的初速度、末速度、位移之间有什么关系？
4.结合上述三式你能综合推导得到什么样的式子？
推导：这个过程中，力F所做的功为W=Fl
根据牛顿第二定律F=ma
而=2al,即l=
把F、l的表达式代入W=Fl,可得F做的功W=
也就是W=
根据推导过程教师重点提示：
1.mv2是一个新的物理量.
2.是物体末状态的一个物理量，是物体初状态的一个物理量,其差值正好等于合力对物体做的功.合力F所做的功等于这个物理量的变化，所以在物理学中就用这个物理量表示物体的动能.
总结：1.物体的动能等于物体质量与物体速度的二次方的乘积的一半.
2.动能的公式：Ek=mv2.
3.动能的标矢性：标量.
4.动能的单位：焦（J）.
????教师引导学生分析动能具有瞬时性，是个状态量：对应一个物体的质量和速度就有一个动能的值.引导学生学会从实验现象中思考分析，最终总结归纳出结论.同时注意实验方法——控制变量法.
例1??质量为2 kg的石块做自由落体运动，求石块在第1 s末、第2 s末的动能是多少？
解析：先求出第1 s末和第2 s末的速度再求出动能值，明确变速运动的物体动能是时刻变化的.
v1=gt1=10×1 m/s=10 m/s,v2=gt2=10×2 m/s=20 m/s
Ek1=mv12=100 J,Ek2=mv22=400 J.
答案：100 J??400 J
????或者先求出石块1 s内和2 s内的位移，再确定重力做功的对应值，重力做功的值就是石块动能的增加量，即石块的动能值（因为石块的初动能为0）,从而进一步理解功是能量转化的量度.
二、动能定理
课件展示：
问题：1.若外力对物体做功，该物体的动能总会增加吗？
2.如果物体对外做功，该物体的动能总会减少吗？做功与动能的改变之间究竟有什么关系呢？
推导：将刚才推导动能公式的例子改动一下：假设物体原来就具有速度v1，且水平面存在摩擦力f，在外力F作用下，经过一段位移s，速度达到v2，如图，则此过程中，外力做功与动能间又存在什么关系呢？
外力F做功：W1=Fs
摩擦力f做功：W2=-fs
外力做的总功为:W总=Fs-fs=ma·=Ek2-Ek1=ΔEk.
师生总结：外力对物体做的总功等于物体在这一运动过程中动能的增量.其中F与物体运动同向，它做的功使物体动能增大；f与物体运动反向，它做的功使物体动能减少.它们共同作用的结果，导致了物体动能的变化.学生根据课本提供的问题情景，运用牛顿第二定律和运动学公式独立推导出外力做功与物体动能变化的关系.
思维拓展
??将上述问题再推广一步：若物体同时受几个方向任意的外力作用，情况又如何呢？
??力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，这个结论叫动能定理.用W总表示外力对物体做的总功，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：W总=Ek2-Ek1=ΔEk.
分组讨论：根据动能定理的表达形式，提出下列问题，加强对动能定理表达式的理解:
1.当合力对物体做正功时，物体动能如何变化？
2.当合力对物体做负功时，物体动能如何变化？
学生总结分析：
1.当合力对物体做正功时，末动能大于初动能，动能增加.
2.当合力对物体做负功时，末动能小于初动能，动能减少.
知识拓展
1.外力对物体做的总功的理解
????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，总功指的是各外力做功的代数和；又因为W总=W1+W2+……=F1·s+F2·s+……=F合·s，所以总功也可理解为合外力的功.
2.对动能定理标量性的认识
????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.
3.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，并不表示动能一定增大，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.
4.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.
5.对适用条件的理解：动能定理的表达式是在物体受恒力作用且做直线运动的情况下得出的，但对于外力是变力，物体做曲线运动的情况同样适用.
例2??一架喷气式飞机，质量m=5.0×103?kg，起飞过程中从静止开始滑跑.当位移达到l=5.3×102?m时，速度达到起飞速度v=60 m/s.在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重力的0.02倍.求飞机受到的牵引力.
解法一：以飞机为研究对象，它做匀加速直线运动且受到重力、支持力、牵引力和阻力作用
F合=F-kmg=ma?????????????????????????????①
又v2-02=2al,所以a=?????????????????????②
由①和②得:F-kmg=
F=kmg+=0.02×5×103×10 N+5×103×N=1.8×104?N.
解法二：以飞机为研究对象，它受到重力、支持力、牵引力和阻力作用，这四个力做的功分别为WG=0，W支=0，W牵=Fl，W阻=-kmgl.据动能定理得：Fl-kmgl=mv2,代入数据，解得F=1.8×104?N.
方法比较：解法一是用牛顿第二定律和匀变速直线运动的公式求解的，而解法二是用动能定理求解的，那么同学们比较一下，这两种解法有什么区别呢?
学生讨论比较后得到：解法一采用牛顿运动定律和匀变速直线运动的公式求解，要假定牵引力是恒力，而实际中牵引力不一定是恒力.解法二采用动能定理求解，因为动能定理适用于变力，用它可以处理牵引力是变力的情况.而且运用动能定理解题不涉及物体运动过程中的加速度和时间，因此用它来处理问题时比较方便.
动能定理解题的方法和步骤：
(1)确定研究对象；
(2)分析物体的受力情况，明确各个力是否做功，做正功还是做负功，进而明确合外力的功;
(3)明确物体在始末状态的动能;
(4)根据动能定理列方程求解.
课堂小结??本节课主要学习了：
1.物体由于运动而具有的能叫动能，动能可用Ek来表示，物体的动能等于物体的质量与物体速度的二次方的乘积的一半.
2.动能是标量，也是状态量.
3.动能定理是根据牛顿第二定律和运动学公式推导出来的.
4.动能定理中所说的外力，既可以是重力、弹力、摩擦力,也可以是任何其他的力，动能定理中的W是指所有作用在物体上的外力的合力的功.
5.动能定理的表达式是在物体受恒力作用且做直线运动的情况下得出的，但对于外力是变力，物体做曲线运动的情况同样适用.
九、教学反思：
这节课始终以学生为主体精心设计学习活动。没有让学生机械的记忆，而且给学生主动探索、自主学习的空间，通过学生的思考、动手、观察、讨论，激发学生的学习热情，使学生由被动接受知识转化为主动的获取知识，让学生真正学会如何学习，使学生的创新潜能得到最大发挥。高中生的认识规律是从感性认识到理性认识，从定性到定量。所以本节课设计了利用重物做自由落体运动的实验来让学生自己推理、归纳动能和动能定理的内容，培养学生进行情景分析、创新能力，效果良好。
本节课难点在于动能定理的理解和运用，在挑选例题的时候，注重例题的代表性，遵从由浅入深，层层递进的思路，让学生的思想有了思考、理解、强化的过程。
本节课程体现新课程强调的探究方法，师生互动良好，学生通过设计、展示自己的试验方案，去锻炼创新能力，发挥学习主动性，在探究自然规律的同时获得学习物理的乐趣，激发学生探究科学的热情。试验中引导学生注重试验过程中的科学探究的质量，让他们动脑动手，去发现和解决试验中遇到的各种问题，从而使学生在课程的学习中找寻到物理规律，同时提高科学探究的能力。
课件22张PPT。第七章 机械能守恒定律高中物理 人教版 必修二
物体由于运动而具有的能量叫做动能。思考：物体的动能大小与哪些因素有关？
速度相同时，质量越大，物体的动能越大质量相同时，速度越大，物体的动能越大 结论：物体的质量越大，速度越大，它的动能就 越大。
那么，动能与物体的质量和速度之间有什么定量的关系呢？
探究动能的表达式重力做功WG重力势能mgh弹力做功WF外力做功 w弹性势能kx2/2动能表达式？探究物体动能表达式 在光滑的水平面上有一个质量为m的物体，在与运动方向相同的水平恒力的作用下发生一段位移，速度由v1增加到v2，试寻求这个过程中力F做的功与物体质量m和v1、v2的关系？探究物体动能表达式结果与思考初状态和末状态的表达式均为“mv2/2”，这个“mv2/2”代表什么？末状态初状态m为物体的质量v为物体的瞬时速度单位：焦耳（J）动能对动能的表达式Ek＝mv2/2的理解
1、动能是标量，且只有正值，动能只与物体的速度大小有关，与速度方向无关。
2、动能是状态量.V是瞬时速度。在某一时刻，物体具有一定的速度，也就具有一定的动能。
3、动能具有相对性，对不同的参考系，物体速度有不同的瞬时值，也就具有不同的动能，一般都以地面为参考系研究物体的运动。我国发射的第一颗人造地球卫星，质量为173kg，运动速度为 7.2 km/s,求它的动能是多少?
关于动能的理解，下列说法正确的是：
A、一定质量的物体，速度变化时，动能一定变化。
B、一定质量的物体，速度不变时，动能一定不变。
C、一定质量的物体，动能变化时，速度一定变化。
D、一定质量的物体，动能不变时，速度一定不变。
随堂练习下列几种情况中，甲、乙两物体的动能相等的是
( )
A．甲的速度是乙的2倍，乙的质量是甲的2倍
B．甲的质量是乙的2倍，乙的速度是甲的2倍
C．甲的质量是乙的4倍，乙的速度是甲的2倍
D．质量相同，速度大小也相同，但甲向东运
动，乙向西运动CD定义：力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。动能定理思考与讨论 如果物体同时受到多个力作用,动能定理中的W的物理意义又是什么呢？
动能的表达式动能定理W合＝Ek2－Ek1合力做的功末状态的动能初状态的动能动能定理：合力对物体所做的功等于物体动能的变化。1、合力做正功，即W合＞０，Ek2＞Ek1 ，动能增大2、合力做负功，即W合＜０，Ek2＜Ek1 ，动能减小思考： 合力做功时动能如何变化？对动能定理的理解总功末动能初动能 动能定理说明了功和能的密切关系，即做功的过程是能量转化的过程
等号并不意味着“功转化成动能”，而是“功引起动能的变化”。体会“功是能量转化的量度”动能定理:牛顿运动定律:课本例题一架喷气式飞机，质量m=5.0×103kg，起飞过程中从静止开始滑跑。当位移达到l=5.3×102m时，速度达到起飞速度v=60m/s。在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍（k=0.02）。求飞机受到的牵引力。F合=F-F阻=F- kmg =ma ②分别用牛顿运动定律和动能定理求解由动能定理得-0解题步骤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。
根据动能定理列出方程W合＝Ek2-Ek14、求解方程、分析结果动能定理不涉及运动过程的加速度和时间，用动能定理处理问题比牛顿定律方便课堂小结一、动能
1、定义：物体由于运动而具有的能量叫做动能
2、表达式：
3、单位：焦耳（J）
二、动能定理
1、内容：合力所做的功等于物体动能的变化
2、表达式：
返回评测练习
1．一质量为2千克的滑块，以4米/秒的速度在光滑水平面上向左滑行。从某一时刻起，在滑块上作用一向右的水平力，经过一段时间，滑块的速度变为，方向水平向右。在这段时间里水平力做的功为：A．0 B． C． D．
2.用100N的力将0.5千克静止的足球以8m/s的初速度沿水平方向踢出20米，则人对球做功为 （ ）
A．200J B．16J C．2000J D．无法确定
3.静止在光滑水平面上的物体，在水平力F的作用下产生位移s而获得速度 v，若水平面不光滑，物体运动时受到摩擦力为（n是大于1的常数），仍要使物体由静止出发通过位移s而获得速度v，则水平力为 ( )
A． B． C． D．
4.质量为0．5kg的物体，自由下落2s，重力做功为 ，2 s末物体的动能为 (g取10m／s2)
5．一颗子弹速度为v时，刚好打穿一块钢板，那么速度为2v时，可打穿_____块同样的钢板，要打穿n块同样的钢板，子弹速度应为_____。
6、如图所示,物体沿一曲面从A点无初速度滑下,滑至曲面最低点B时,下滑的高度为5m.若物体的质量为1㎏,到B点的速度为6m/s,则在下滑过程中客服阻力所做的功是多少?
