2010鲁科版物理必修二 2-1 《动能的改变》 教案

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2.1 动能的改变
在建立了“功是能量转化的量度”概念的基础上，教材提出“我们在初中学过，物体由于运动而具有的能量叫做动能.物体的动能跟物体的质量和速度都有关系.”接着引入了演示实验：物体动能与质量及速度的关系，定性研究物体动能与质量和速度的关系，此处的演示实验是为建立学生对动能的感性认识而设计的，体现了从感性到理性，从定性到定量的逐步深化的教学程序.然后提出“从上式我们看到，动能的大小和运动物体的质量、运动速度有关.物体的质量m越大，运动速度v越大，动能Ek?就越大.在物理学中就用这个量表示物体的动能.”
接着设计实验，利用打点计时器研究小车在近似恒力作用下的动能变化情况，从而实现探究恒力做功与物体动能的变化是什么关系.
再利用恒力作用下物体做匀加速运动过程，从理论上推导出动能定理表达式：
最后指出动能定理的物理意义及其应用.
总之，本节教材在教学设计上遵循学生的认知规律，遵循辩证唯物主义的认识论，使学生对动能的建立和理解有一个从感性到理性，从定性到定量的过程，使学生对物理概念和规律的学习并不感到突然和困难.
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与牛顿运动定律及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，因此用它来处理问题有时比较方便.
教学重点1.动能的概念；
2.动能定理及其应用；
3.学习探究恒力做功与物体动能变化关系的物理方法，并会利用图象法处理数据.
教学难点 1.对动能定理的理解和应用；
2.实验数据的处理方法——图象法.
教具准备
投影片、CAI课件、导轨、小车、砝码、纸带、细线、复写纸等.
课时安排1课时
三维目标
一、知识与技能
1.理解什么是动能；
2.知道动能的定义式，会用动能的定义式进行计算；
3.理解动能定理及其推导过程，知道动能定理的适用范围；
4.巩固用打点计时器打下的纸带计算物体运动的即时速度；
5.学习利用物理图象探究功与物体动能变化的关系.
二、过程与方法
1.通过用纸带与打点计时器来探究功与速度的关系，体验知识的探究过程和物理学的研究方法；
2.运用演绎推导方式推导动能定理的表达式；
3.理论联系实际，培养学生分析问题的能力.
三、情感态度与价值观
1.通过实验探究，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观；
2.通过动能定理的演绎推导，培养学生对科学研究的兴趣.
教学过程
导入新课
教师提问：什么是物体的动能？物体的动能与什么因素有关？
学生回答：物体由于运动而具有的能叫动能；物体的动能跟物体的质量和速度有关系.
教师活动：物体的动能跟物体的质量、速度有什么关系呢？本节课我们就来研究这个问题.
板　书：动能的改变
推进新课
一、动能
（一）（演示）
1.多媒体展示实验装置：
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.
2.实物演示并观察现象.
3.学生描述看到的现象：
a.让滑块A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；
b.让质量不同的滑块从同一高度下滑，可以看到：质量大的滑块把木块推得远，对木块做的功多；
4.实物演示教材P22“迷你实验室”.
5.学生描述看到的现象：
同上面实验有相似的结论，质量大、速度快的物体对其他物体做的功就多，所具有的能量就大.
教师活动：从功能关系定性分析得到：
物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大.
在物理学中就用这个量来表示物体的动能.
板　书：a.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.
b.公式：
c.动能是标量
d.动能的单位：与功的单位相同，在国际制中都是焦（J）
（二）（投影下列思考题）
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，分析：
1.飞机的动能如何变化？
2.飞机的动能变化的原因是什么？
学生活动：分析并讨论上述问题：
1.因为飞机的速度越来越大，所以飞机的动能在不断增大.
2.由于牵引力对飞机做功，导致飞机的动能不断增大.
教师活动：
由于牵引力做功导致飞机动能增大，我们知道物体的动能和速度有关，我们还不能马上得出力对物体做的功和动能的关系，我们先来研究恒力对物体做的功和速度变化的关系.
【方法引导】
由于牵引力所做的功和动能变化之间的等量关系，我们可以根据恒力做功的多少，来定量地确定动能和恒力做功多少之间的关系.
二、恒力做功与动能改变之间的关系
【合作探究】
教师活动：
指导学生阅读教材P23“实验与探究”部分，投影问题：
（1）探究过程中，我们是否需要测出砝码的具体重力数值？是否需要测出各次小车速度的具体数值？可以怎么做？
（2）每次实验中砝码的放置有什么要求？为什么？
（3）小车获得的速度怎样计算？
（4）实验完毕后，我们用什么方法分析砝码的重力对小车做的功和小车动能的关系？
学生活动：认真阅读教材，思考问题并回答.
教师活动：倾听学生回答，帮助学生解决疑难，回答学生可能提出的问题.
点评：培养学生在实验探究前要养成思考的习惯.有了正确的探究思路，才会避免探究的盲目性.
教师活动：指导学生分组实验，并引导学生思考下面的问题：
（1）小车在木板上运动时会受到阻力，可以采用什么方法进行补偿？
（2）纸带上的点距并不都是均匀的，应该采用哪些点距来计算小车的速度？为什么？
学生活动：分组实验（根据条件状况，可两人一组，可四人一组）.
点评：通过学生分组实验，培养团结协作的团队精神，提高学生动手能力.
教师活动：巡视、指导，解答学生提出的问题，处理即发事件.重点指导一两个组顺利完成实验，以便后面实验数据的处理.
……
教师活动：学生实验完毕后，指导学生进行数据处理.
问题：根据测出的数据，怎样预测恒力的功与动能的关系？用图象法研究功与动能的关系时怎样使研究过程简便直观？
学生活动：思考老师提出的问题，并在坐标纸上建立坐标系，作出W-v2曲线，寻找功与动能的关系.
点评：教师要放开，让学生大胆猜想，独立完成探究过程.有的学生可能会走弯路，甚至失败，探究结果并不重要，重要的是让学生亲历探究的过程.
【知识拓展】
体会图象法在物理解题中的应用
有一只小老鼠离开洞穴沿直线前进，它的速度与到洞穴的距离成反比，当它行进到离洞穴距离为d1的甲处时速度为v1，试求：
（1）老鼠行进到离洞穴距离为d2的乙处时速度v2为多大？
（2）从甲处到乙处要用去多少时间？
解析：（1）由老鼠的速度与到洞穴的距离成反比，得v2d2= v1d1，
所以老鼠行进到离洞穴距离为d2的乙处时速度v2= d1v1/d2.
（2）由老鼠的速度与到洞穴的距离成反比，作出图象，如图所示
由图线下方的面积代表的物理意义可知，从d1到d2的“梯形面积”就等于从甲处到乙处所用的时间，易得.
点评：用图象法解决物理问题，简便直观，往往会收到意想不到的效果.
新课标一再强调，思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木.学生素质的培养就成了镜中花、水中月.所以我们不能怕耽误时间等主观因素而忽略学生亲自动手实验的机会.
三、动能定理
教师活动：通过上面的实验与探究，我们已经知道了恒力对物体所做的功与物体动能变化之间的关系，那么能不能从理论上证明物体的动能改变与恒力做功的关系呢？接下来我们就来研究这个问题.
点评：通过知识的迁移，找到探究规律的思想方法，形成良好的思维习惯.
教师活动：在以下简化的情景下求出力对物体做功的表达式.
设物体的质量为m，在与运动方向相同的恒定外力F的作用下发生一段位移l，速度由v1增加到v2，如图所示.试用牛顿运动定律和运动学公式，推导出力F对物体做功的表达式.
学生活动：在练习本上独立推导，求出力对物体做功的表达式.
教师活动：投影学生的推导过程.
功的表达式为：
教师活动：直接给出动能定理的表达式：
有了动能的表达式后，前面我们推出的，就可以写成
W=Ek2-Ek1
其中Ek2表示一个过程的末动能，Ek1表示一个过程的初动能.
上式表明，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，叫做动能定理.
提出问题：（1）如果物体受到几个力的作用，动能定理中的W表示什么意义？结合生活实际，举例说明.
（2）动能定理，我们是在物体受恒力作用且做直线运动的情况下推出的.动能定理是否可以应用于变力做功或物体做曲线运动的情况？
学生活动：阅读教材，思考问题，列举实例；选出代表发表自己的见解.
点评：通过学生阅读，培养学生的阅读理解能力；通过学生讨论，明确动能定理的应用范围.
动能定理的适用条件：动能定理既适合于恒力做功，也适合于变力做功，既适用于直线运动，也适用于曲线运动.
【例题剖析】
一架喷气式飞机，质量ｍ＝5×103 kg，起飞过程中从静止开始滑行的路程为s＝5.3×102ｍ时，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力的0.02倍(k＝0.02)，求飞机受到的牵引力.（注意：不要限制学生的解题思路）
解法一：以飞机为研究对象，对它受力分析：重力、支持力、牵引力和阻力作用.
F合＝F－kmg＝ｍa①
又v2-02＝２as，②
由①和②得：
所以=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＝Fs，W阻＝－kmgs.据动能定理得：代入数据，解得F＝1.8×104Ｎ.
学生活动：（学生讲解自己的解答，并相互讨论；教师帮助学生总结用动能定理解题的要点、步骤，体会应用动能定理解题的优越性）
1.动能定理不涉及运动过程中的加速度和时间，用它来处理问题要比牛顿定律方便.
2.用动能定理解题，必须明确初末动能，要分析受力及外力做的总功.
3.要注意：当合力对物体做正功时，末动能大于初动能，动能增加；当合力对物体做负功时，末动能小于初动能，动能减小.
教师活动：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.
概括用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，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.
合外力做功：各个力做功的代数和.要比求合力方便得多.
点评：通过实例分析，培养学生进行情景分析，加深对物理规律的理解能力，加强物理与生活实践的联系.
学生活动：独立完成教材P25例题，巩固知识.
【知识拓展】
动能定理的应用
如图所示，质量为m的钢珠从高出地面h处由静止自由下落，落到地面进入沙坑h/10停止，则
（1）钢珠在沙坑中受到的平均阻力是重力的多少倍？
（2）若让钢珠进入沙坑h/8，则钢珠在h处的动能应为多少？设钢珠在沙坑中所受平均阻力大小不随深度改变.
解析：（1）取钢珠为研究对象，对它的整个运动过程，由动能定理得W=WF+WG=ΔEk=0.取钢珠停止处所在水平面为重力势能的零参考平面，则重力的功，阻力的功，代入得，故有Ff /mg=11.即所求倍数为11.
（2）设钢珠在h处的动能为Ek，则对钢珠的整个运动过程，由动能定理得W=WF+WG=ΔEk=0-Ek，进一步展开为9mgh/8—Ff h/8=-Ek，得Ek=mgh/4.
点评：对第（2）问，有的学生这样做，h/8—h/10=h/40，在h/40中阻力所做的功为Ff h/40=11mgh/40，因而钢珠在h处的动能Ek=11mgh/40.这样做对吗？请思考.
课堂小结
本节我们学习了动能和动能定理，重点是动能定理，难点是如何正确认识合力做功等于物体动能的增量.
动能定理是力学中的一条重要规律，经常用来解决有关的力学问题，由于动能定理不涉及物体运动过程中的加速度和时间，因此应用动能定理解题往往非常方便.
布置作业
课本P26作业1、2、3 .
板书设计
活动与探究
设计实验，推导动能定理公式，列举能应用动能定理解决的实际问题.
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