2019-2020年高一物理 第七章機械能 四、動能、動能定理(第一課時) 人教大綱版第一冊.doc

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2019-2020年高一物理 第七章機械能 四、動能、動能定理(第一課時) 人教大綱版第一冊 ●本節(jié)教材分析 在建立了“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”概念的基礎上，教材提出“我們在初中學過，物體由于運動而具有的能量叫做動能.物體的動能跟物體的質(zhì)量和速度都有關系.”接著引入了演示實驗：物體動能與質(zhì)量及速度的關系，定性研究物體動能與質(zhì)量和速度的關系，此處的演示實驗是為建立學生對動能的感性認識而設計的，體現(xiàn)了從感性到理性，從定性到定量的逐漸深化的教學程序. 接著以恒力作用下物體做勻加速運動過程推導出動能定理表達式： Fs=mv22－mv12 然后提出“從上式我們看到，力F對物體所做的功等于mv2這個量的變化，在物理學中就用mv2這個量表示物體的動能.” 最后指出動能定理的物理意義及其應用. 總之，本節(jié)教材在教學設計上遵循學生的認知規(guī)律，遵循辯證唯物主義的認識論，使學生對動能的建立和理解有一個從感性到理性，從定性到定量的過程，使學生對物理概念和規(guī)律的學習并不感到突然和困難. 通過本節(jié)的學習，應使學生理解動能定理的推導過程，清楚動能定理的適用條件，通過對比分析使學生體會到應用動能定理解題與牛頓運動定律及運動學公式解題的不同點：即運用動能定理解題由于不涉及物體運動過程中的加速度和時間，因此用它來處理問題有時比較方便. ●教學目標 一、知識目標 1.理解什么是動能. 2.知道動能的定義式，會用動能的定義式進行計算. 3.理解動能定理及其推導過程，知道動能定理的適用范圍. 二、能力目標 1.運用演繹推導方式推導動能定理的表達式. 2.理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學生分析問題的能力. 三、德育目標 通過動能定理的演繹推導，培養(yǎng)學生對科學研究的興趣. ●教學重點 1.動能的概念. 2.動能定理及其應用. ●教學難點 對動能定理的理解和應用. ●教學方法 推理歸納法、講授法、電教法. ●教學用具 投影片、CAI課件、導軌、物塊（或小球）兩個. ●課時安排 1課時 ●教學過程 一、導入新課 ［復習］什么是物體的動能？物體的動能與什么因素有關？ 物體由于運動而具有的能叫動能；物體的動能跟物體的質(zhì)量和速度有關系. ［導入］物體的動能跟物體的質(zhì)量、速度有什么關系呢？本節(jié)課我們就來研究這個問題. ［板書］動能、動能定理. 二、新課教學 （一）［演示］ 1.多媒體展示實驗裝置： 讓滑塊A從光滑的導軌上滑下，與木塊B相碰，推動木塊做功； 2.實物演示并觀察現(xiàn)象； 3.學生描述看到的現(xiàn)象： a.讓滑塊A從不同的高度滑下，可以看到：高度大時滑塊把木塊推得遠，對木塊做的功多. b.讓質(zhì)量不同的滑塊從同一高度下滑，可以看到：質(zhì)量大的滑塊把木塊推得遠，對木塊做的功多. ［教師］從功能關系定性分析得到： 物體的質(zhì)量越大，速度越大，它的動能就越大. （二）［投影下列思考題］ 一架飛機在牽引力的作用下（不計阻力），在起飛跑道上加速運動，分析： 1.飛機的動能如何變化？ 2.飛機的動能變化的原因是什么？ ［學生活動］分析并討論上述問題： 1.因為飛機的速度越來越大，所以飛機的動能在不斷增大. 2.由于牽引力對飛機做功，導致飛機的動能不斷增大. ［教師］ 由于牽引力做功導致飛機動能增大，據(jù)功能關系得到： 牽引力做了多少功，飛機的動能就增加多少. ［方法滲透］ 由于牽引力所做的功和動能變化之間的等量關系，我們可以根據(jù)做功的多少，來定量地確定動能. ［投影］ 用投影儀投影下列物理情景，用牛頓運動定律推導尋找功和動能之間的關系： 1.質(zhì)量為m的物體以初速v1=0自由落下，當下落距離為h時，速度為v2. 2.一個初速為v1，質(zhì)量為m的物體，在與運動方向相同的恒定外力F的作用下發(fā)生一段位移s，速度增加到v2; 3.一個初速為v1，質(zhì)量為m的小車，在水平粗糙面上受到摩擦力f的作用下，發(fā)生一段位移s，速度減小到v2. 4.一個初速為v1、質(zhì)量為m的小車，在與運動方向相同的恒定外力F作用下，沿粗糙水平面運動了一段位移s，速度變?yōu)関2,其過程中受到的摩擦力為f. ［學生進行分組推導，教師巡視并解決推導中出現(xiàn)的問題］ 將推導出的結(jié)論填入下表中： 物理情景 結(jié)論 1 mgh=mv22－mv12=mv22 2 Fs=mv22－mv12 3 －fs=mv22－mv12 4 Fs－fs=(F－f)s=mv22－mv12 ［學生活動］ 用文字語言表述表中的結(jié)論. ［結(jié)論一］物體只受重力作用，重力對物體所做的功等于mv2這個物理量的變化； ［結(jié)論二］物體只受一個動力的情況下，外力對物體所做的功等于mv2這個物理量的變化； ［結(jié)論三］物體只受一個阻力的情況下，外力對物體所做的功等于mv2這個物理量的變化； ［結(jié)論四］物體既受動力又受阻力作用的情況下，外力對物體所做的總功等于物體mv2這個物理量的變化； ［歸納］ 從上邊推導可得到：合力F所做的功等于mv2這個物理量的變化； 又據(jù)功能關系，合力F做的功等于物體動能的變化. 在物理學中就用mv2這個量來表示物體的動能. ［板書］ a.物體的動能等于物體質(zhì)量與物體速度的二次方的乘積的一半. b.公式：Ek=mv2 c.動能是標量 d.動能的單位：焦（J） （三）［過渡］通過剛才的推導，我們知道不論外力是幾個，也不管外力是動力還是阻力，外力是重力、摩擦力還是其他力，合外力對物體所做的功總是等于物體動能的變化，那么同學們能否設計一個實驗來驗證上述物理情景一呢？ ［點撥討論］ 情景一中物體做什么運動？（初速為零的勻加速直線運動）. 我們前面用實驗研究過勻變速直線運動，回憶實驗的原理是什么？器材有哪些？ ［學生活動］討論并設計提出實驗方案. 經(jīng)討論，設計出如右圖所示的實驗裝置，分組進行實驗，教師巡回指導，幫助學生解決操作中存在的問題. ［數(shù)據(jù)處理］將測量和計算結(jié)果填入下表中（注意速度的計算可利用時間t內(nèi)的平均速度等于該段時間中點時刻的瞬時速度）. 由表中數(shù)據(jù)比較mgh2與mv22、mgh3與mv32、mgh4與mv42的結(jié)果是否相同. ［投影］ 1.合力對物體所做的功等于物體動能的變化這個結(jié)論叫動能定理. 2.表達式：W=Ek2－Ek1 W→合外力對物體所做的功； Ek2→物體的末動能； Ek1→物體的初動能. ［討論］ a.當合力對物體做正功時，物體動能如何變化？ b.當合力對物體做負功時，物體動能如何變化？ ［學生］ 當合力對物體做正功時，末動能大于初動能，動能增加； 當合力對物體做負功時，末動能小于初動能，動能減小. （四） ［實踐操作］ ［投影實踐題1］ 物體從高出地面H（m)處自由落下（不計空氣阻力），落至地面陷入沙坑h(m)后停止.求物體在沙坑中受到的平均阻力是重力的多少倍？ ［學生展示可能的解題方法］ 解法一：用牛頓定律和運動公式求解； 解法二：分過程用動能定理求解； 解法三：全過程用動能定理求解. ［在投影儀上比較三種解法，并進行題后總結(jié)］ 1.動能定理不涉及運動過程中的加速度和時間，用它來處理問題要比牛頓定律方便. 2.用動能定理解題，必須明確初末動能，要分析受力及各力做的功. 3.全過程用動能定理要比分過程用動能定理更加方便. ［實踐操作題2］ ［投影］課本例題： 1.審題并思考： ①飛機初速度多大？末速度多大？ ②飛機運動過程中水平方向受到哪些力的作用？各個力的大小和方向如何？ 2.學生分組用牛頓運動定律和動能定理求解本題. 3.在投影儀上展示學生的求解過程及現(xiàn)場評析. 4.教師展示正確的解題過程： 分析:飛機原來是靜止的，初動能Ek1=0，飛機在水平方向受到的外力是牽引力F1和阻力F2=kmg，在外力作用下，飛機在跑道上滑跑一段路程s，外力對飛機做功，飛機的動能增加最后達到起飛速度v，末動能Ek2=mv2，外力做的總功W=F1s－F2s=F1s－kmgs,由動能定理可以求出牽引力. 解：由動能定理得： F1s－kmgs=mv2 由此得：F1=+kmg 代入數(shù)值得：F1=1.8×104 N 5.拓展點評： 本題用牛頓第二定律和勻變速直線運動的公式求解，會得到相同的效果；用牛頓第二定律和勻變速直線運動的公式求解，要假定牽引力是恒力，而實際中牽引力不一定是恒力，動能定理適用于變力，用它可以處理牽引力是變力的情況，這時求得的F是牽引力對位移的平均值. 四、小結(jié) 本節(jié)我們學習了動能和動能定理，重點是動能定理，難點是如何正確認識合力做功等于物體動能的增量. 動能定理是力學中的一條重要規(guī)律，經(jīng)常用來解決有關的力學問題，由于動能定理不涉及物體運動過程中的加速度和時間，因此應用動能定理解題往往非常方便. 五、作業(yè) （一）課本練習三④⑤⑥⑦ （二）思考題 1.如圖所示，質(zhì)量為m的物塊與轉(zhuǎn)臺之間的動摩擦因數(shù)為μ，物體與轉(zhuǎn)軸相距為R，物塊隨轉(zhuǎn)臺由靜止開始轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)速增加到某值時，物塊即將在轉(zhuǎn)臺上滑動，此時轉(zhuǎn)臺已開始做勻速運動，在這一過程中，摩擦力對物體做功為 A.0 B.2πμmgR C.2μmgR D.μmgR/2 2.某運動員臂長L，將質(zhì)量為m的鉛球推出，鉛球出手時的速度大小為 v0，方向與水平方向成 30°角，則該運動員對鉛球所做的功是 A. B.mgL +mv02 C. mv02 D.mgL + mv02 3.質(zhì)量m= 5.0 kg 的物體靜止于水平面上，現(xiàn)給物體施加一水平恒力 F = 20 N，使物體由靜止開始運動 10m后撤去 F，物體在水平面上繼續(xù)滑行了15m后停止，求物體運動過程中所受的摩擦阻力. 4.汽車在拱形橋上由A勻速地運動到B，下列說法中正確的是 A.牽引力與摩擦力做的功相等 B.牽引力和重力做的功大于摩擦力做的功 C.合外力對汽車不做功 D.重力做功的功率不變 5.如圖所示，一物塊以 6 m/s的初速度從曲面A點下滑，運動到B點速度仍為 6 m/s；若物體以 5 m/s的初速度仍由A點下滑，則它運動到B點時的速度 A.大于 5 m/s B.等于 5 m/s C.小于 5 m/s D.條件不足，無法計算 6.一個質(zhì)量為m的小球拴在鋼繩的一端，另一端用大小為F1 的拉力作用，在水平面上做半徑為R1的勻速圓周運動（如圖所示），今將力的大小改為F2，使小球仍在水平面上做勻速圓周運動，但半徑變?yōu)镽2，小球運動的半徑由R1變?yōu)镽2過程中拉力對小球做的功多大？ 參考答案： 1.D 提示：μmg = m, mv2 =μmgR.所以Wf =mv2－0 =μmgR 2.A 提示：WF －mgL sin30°=mv02 3.全過程用動能定理： Fs1－Fμ(s1 + s2) = 0 求得：Fμ= 8 N 4.C 5.A 6.W =(F2R2 － F1R1) 六、板書設計