2022年高中物理粵教版必修二:4-3教案 探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系
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1、2022年高中物理粵教版必修二:4-3教案 探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系 教學(xué)內(nèi)容 第四章3節(jié) 主題 探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系 第1課時 教學(xué)目標(biāo) 知識 與 技能 1、會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度。 2、學(xué)習(xí)利用物理圖象探究功與物體動能變化的關(guān)系。 過程與 方 法 通過用紙帶與打點計時器來探究功與速度的關(guān)系,體驗知識的探究過程和物理學(xué)的研究方法。運用演繹推導(dǎo)方式推導(dǎo)動能定理的表達式.理論聯(lián)系實際,學(xué)習(xí)運用動能定理分析解決問題的方法. 情感態(tài)度與價值觀 通過實驗探究,體會學(xué)習(xí)的快樂,激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣;通過親身實踐,樹立“實踐是檢驗真理的唯
2、一標(biāo)準”的科學(xué)觀。通過動能定理的演繹推導(dǎo).感受成功的喜悅,培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)研究的興趣。 教材分析 重點 了解探究總功與動能變化關(guān)系的物理方法。掌握動能定理及其應(yīng)用。 難點 動能定理的理解和應(yīng)用。學(xué)生在應(yīng)用過程中容易忽略動能定理中所涉及的功為合外力做的總功。 學(xué)情分析 1.本節(jié)內(nèi)容進一步鞏固、加強了學(xué)生功能關(guān)系的這一難點內(nèi)容的理解; 2.本節(jié)還涉及到眾多動能定理的計算應(yīng)用,在學(xué)生學(xué)練的過程中,教師應(yīng)該將動能定理常見的幾類題型進行分類小結(jié),力求學(xué)生掌握類型題的解題步驟和方法。 教學(xué)流程 教師活動安排 學(xué)生活動安排 設(shè)計意圖 時間 內(nèi) 容 時間 內(nèi)
3、 容 2 師生答問互動 2 通過事例設(shè)疑引入 復(fù)習(xí)既有知識,導(dǎo)入新課 5 課件展示教師點撥 8 學(xué)生閱讀交流自學(xué) 學(xué)習(xí)基本知識 5 引導(dǎo)學(xué)生討論 教師參與點撥 5 討論交流總結(jié) 確定問題焦點 突破重點、鎖定難點 5 點撥、解析難點 6 課堂同步訓(xùn)練 突破難點,檢測反饋 2 課堂小結(jié),歸納方法 明確考點,收獲方法 精 講 點 撥
4、 精 講 點 撥 [新課導(dǎo)入] 師:在前幾節(jié)我們學(xué)過,當(dāng)力對一個物體做功的時候一定對應(yīng)于某種能量形式的變化,例如重力做功對應(yīng)于重力勢能的變化,彈簧彈力做功對應(yīng)于彈簧彈性勢能的變化,本節(jié)來探究尋找動能的表達式.我們已經(jīng)知道物體由于運動而具有的能叫做動能,大家先猜想一下動能與什么因素有關(guān)? 生:應(yīng)該與物體的質(zhì)量和速度有關(guān). 我們現(xiàn)在通過實驗粗略驗證一下物體的動能與物體的質(zhì)量和速度有什么樣的關(guān)系. (實驗演示或舉例說明) 讓滑塊A從光滑的導(dǎo)軌上滑下,與靜止的木塊月相碰,推動木塊做功.
5、 師:讓同一滑塊從不同的高度滑下,可以看到什么現(xiàn)象? 生:讓同一滑塊從不同的高度滑下,可以看到:高度大時滑塊把木塊推得遠,對木塊做的功多. 師:說明什么問題? 生:高度越大,滑到底端時速度越大,在質(zhì)量相同的情況下,速度越大,對外做功的本領(lǐng)越強,說明物體由于運動而具有的能量越多. 師:讓質(zhì)量不同的木塊從同一高度滑下,可以看到什么現(xiàn)象? 生:讓質(zhì)量不同的木塊從同一高度滑下,可以看到:質(zhì)量大的滑塊把木塊推得遠,對木塊做的功多. 師:說明什么問題? 生:相同的高度滑下,具有的末速度是相同的,之所以對外做功的本領(lǐng)不同,是因為物體的質(zhì)量
6、不同,在速度相同的情況下,質(zhì)量越大,物體對外做功的能力越強,也就是說物體由于運動而具有的能量越多. 師:那么把這個問題總結(jié)一下,得出的結(jié)論是什么呢? [新課教學(xué)] [實驗探究] 影響小球動能大小的因素有哪些? 準備三個小球,其中兩個質(zhì)量相同,第三個質(zhì)量大一些讓學(xué)生回顧初中的實驗。 一、動能的表達式 生(回答剛才的問題,總結(jié)實驗結(jié)論):物體的質(zhì)量越大,速度越大,它的動能就越大. 師:那么動能與物體的質(zhì)量和速度之間有什么定量的關(guān)系呢?我們來看這樣一個問題. (投影展示課本例題,學(xué)生討論解決問題,獨立完成推導(dǎo)過程) 設(shè)物體的質(zhì)量為m,在與運
7、動方向相同的恒定外力F的作用下發(fā)生一段位移L,速度由Vl增大到V2,如圖所示.試用牛頓運動定律和運動學(xué)公式,推導(dǎo)出力F對物體做功的表達式. (投影展示學(xué)生的推導(dǎo)過程,讓學(xué)生獨立完成推導(dǎo)過程) 師:剛才這位同學(xué)推導(dǎo)得很好,最好是在推導(dǎo)過程中加上必要的文字說明,這樣就更完美了.這個結(jié)論說明了什么問題呢? 生:從W= 這個式子可以看出,“”很可能是一個具有特定意義的物理量,因為這個物理量在過程終了時和過程開始時的差,正好等于力對物體做的功,所以“”就應(yīng)該是我們尋找的動能的表達式. 師(鼓勵):這位同學(xué)總結(jié)得非常好,我們都要向他學(xué)習(xí),我們在上一節(jié)課的實驗探究中已經(jīng)表明,力對初速度為
8、零的物體所做的功與物體速度的平方成正比,這也印證了我們的想法。所以動能應(yīng)該怎樣定義呢? 生:在物理學(xué)中就用這個物理量表示物體的動能,用符號Ek表示,Ek=. 師:動能是矢量還是標(biāo)量? 生:動能和所有的能量一樣,是標(biāo)量. 師:國際單位制中,動能的單位是什么? 生:動能的單位和所有能量的單位一樣,是焦耳,符號J. 師:1970年我國發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星,質(zhì)量為173 kg,運動速度為7.2 km/s,它的動能是多大? 生:根據(jù)計算可以得到我國發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星正常運轉(zhuǎn)的動能是4.48X109J 師:為了比較,我們再看
9、這樣一個例子;質(zhì)量為50 kg、運動速度為8m/s的同學(xué)在跑步中的動能是多少? 生:通過計算我們可以知道這位同學(xué)具有的動能是1.6X103J. 師:如果這些能量全部轉(zhuǎn)化為電能,能夠使100W的燈正常工作多長時間? 生:可以使100W的電燈正常工作16s. 師:我們知道,重力勢能和彈簧的彈性勢能都與相對位置有關(guān),那么動能有沒有相對性呢? 生:動能也應(yīng)該有相對性,它與參考系的選取有關(guān)。 師:以后再研究這個問題時,如果不加以特別的說明,都是以地面為參考系來研究問題的.大家再看這樣一個例子:父親和兒子一起溜冰,父親的質(zhì)量是60 kg,運動速度
10、為5 m/s,兒子的質(zhì)量是30 kg,運動速度為8m/s,試問父親和兒子誰具有的動能大? 生1:當(dāng)然是父親的動能大了. 師:你是怎樣得出這個結(jié)論的呢? 生l:質(zhì)量大動能就大. 生2:根據(jù)計算,兒子的動能要大于父親的動能. 師(語重心長):我們計算問題一定不要想當(dāng)然,這樣很容易出現(xiàn)錯誤,一定要有根據(jù),分析問題要全面. [課堂訓(xùn)練] 1.質(zhì)量一定的物體……………( ) A.速度發(fā)生變化時,其動能一定變化 B.速度發(fā)生變化時,其動能不一定變化 C.速度不變時.其動能一定不變 D.動能不變時,其速度一定不變 2.下列
11、幾種情況中,甲、乙兩物體的動能相等的是………………( ) A.甲的速度是乙的2倍,乙的質(zhì)量是甲的2倍 B.甲的質(zhì)量是乙的2倍,乙的速度是甲的2倍 C.甲的質(zhì)量是乙的4倍,乙的速度是甲的2倍 D.質(zhì)量相同,速度大小也相同,但甲向東運動,乙向西運動 參考答案 1. BC 2.CD 二、動能定理 師:有了動能的表達式后,前面我們推出的W=,,就可以寫成W=Ek2—Ek1=,其中Ek2表示一個過程的末動能,Ek1表示一個過程的初動能. 師:上式表明什么問題呢?請你用文字敘述一下. 生:力在一個過程中對物體所做的功,等于物體在這個過程中
12、動能的變化. 師:這個結(jié)論叫做動能定理. 師:如果物體受到幾個力的作用,動能定理中的W表示什么意義? 生:如果物體受到幾個力的作用,動能定理中的W表示的意義是合力做的功. 師:那么,動能定理更為一般的敘述方法是什么呢? 生:合力在一個過程中對物體所做的功,等于物體在這個過程中動能的變化. 師:結(jié)合生活實際,舉例說明。 生1:上一節(jié)課做實驗探究物體速度與力做功之間的關(guān)系時,曾經(jīng)采用的一種方法是平衡摩擦力,實際上這時小車受到的橡皮筋的拉力就等于物體所受的合力. 生2:如果物體勻速下落,那么物體的動能沒有發(fā)生變化,這時合力是零,所以合力做的功就是零. 生3:例如,一架飛機在牽引力和
13、阻力的共同作用下,在跑道上加速運動.速度越來越大,動能越來越大.這個過程中是牽引力和阻力都做功,牽引力做正功,阻力做負功,牽引力和阻力的合力做了多少功,飛機的動能就變化了多少. 師:合力做的功應(yīng)該怎樣求解呢?我們經(jīng)常用什么方法求解合力做的功? 生:合力做功有兩種求解方法,一種是先求出物體受到的合力.再求合力做的功,一種方法是先求各個力做功,然后求各個力做功的代數(shù)和. 師:剛才我們推導(dǎo)出來的動能定理,我們是在物體受恒力作用且做直線運動的情況下推出的.動能定理是否可以應(yīng)用于變力做功或物體做曲線運動的情況,該怎樣理解? 生:當(dāng)物體受到的力是變力,或者物體的運動軌跡是曲線時,我們?nèi)匀徊捎眠^去的
14、方法,把過程分解為很多小段,認為物體在每小段運動中受到的力是恒力,運動的軌跡是直線,這樣也能得到動能定理. 師:正是因為動能定理適用于變力做功和曲線運動的情況,所以在解決一些實際問題中才得到了更為廣泛的應(yīng)用.我們下面看一個例題: 投影展示例題,學(xué)生分析問題,討論探究解決問題的方法. 一架噴氣式飛機質(zhì)量為5.0Xl03kg,起飛過程中從靜止開始滑跑.當(dāng)位移達到l=5.3X102m時,速度達到起飛速度v=60m/s。在此過程中飛機受到的平均阻力是 飛機重力的0.02倍.求飛機受到的牽引力. 師:從現(xiàn)在開始我們要逐步掌握用能量的觀點分析問題.就這個問題而言.我們已知的條件是什么? 生
15、:已知初末速度,初速度為零,而末速度為v=60m/s,還知道物體受到的阻力是重力的0.02倍. 師:我們要分析這類問題,應(yīng)該從什么地方人手呢? 生:還是應(yīng)該從受力分析人手。這個飛機受力比較簡單,豎直方向的重力和地面對它的支持力合力為零,水平方向上受到飛機牽引力和阻力。 師:分析受力的目的在我們以前解決問題時往往是為了求物體的加速度,而現(xiàn)在進行受力分析的目的是什么呢? 生:目的是為了求合力做的功,根據(jù)物體合力做的功,我們就可以求解物體受到的牽引力. 師:請同學(xué)們把具體的解答過程寫出來. 投影展示學(xué)生的解答過程,幫助能力較差的學(xué)生完成解題過程. 解題過程參考 師:用動能定理
16、和我們以前解決這類問題的方法相比較,動能定理的優(yōu)點在哪里呢? 生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. 生2:動能定理能夠解決變力做功和曲線運動問題,而牛頓運動解決這樣一類問題非常困難. 師:下面大家總結(jié)一下用動能定理解決問題的一般步驟. (投影展示學(xué)生的解決問題的步驟,指出不足,完善問題) 參考步驟 用動能定理解題的一般步驟: 1.明確研究對象、研究過程,找出初末狀態(tài)的速度情況. 2.要對物體進行正確的受力分析,明確各個力的做功大小及正負情況. 3.明確初末狀態(tài)的動能.
17、4.由動能定理列方程求解,并對結(jié)果進行討論. 師:剛才這位同學(xué)分析得很好,我們現(xiàn)在再看例題2. 投影展示例題2 一輛質(zhì)量為m,速度為v0的汽車在關(guān)閉發(fā)動機后于水平地面滑行了距離l后停下來,試求汽車受到的阻力. 師:這個問題和上一個問題的不同之處在哪里? 生1:首先是運動狀態(tài)變化的情況不同,上一個問題中飛機是從靜止開始加速運動的,是初速度為零的加速運動,而這個問題中汽車是具有一個水平方向的初速度,速度逐漸減小的一個減速運動,最終的速度為零. 生2:兩個物體受力是不相同的,飛機受到的合力的方向和運動方向相同,而汽車受到的合力方向和運動方向
18、相反。 生3:它們的動能變化情況也不相同,飛機的動能是增加的,而汽車的動能是減小的. 師:這也說明一個問題,在應(yīng)用動能定理時我們應(yīng)該注意到,外力做功可正可負。如果外力做正功,物體的動能增加;外力做負功,物體的動能減少.現(xiàn)在大家把這個問題的具體的解答過程寫出來. (投影展示學(xué)生的解答過程,指導(dǎo)學(xué)生正確的書寫解答過程) 參考解答過程 師:通過以前的學(xué)習(xí)我們知道,做功的過程是能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式的過程.在上面的例題中,阻力做功,汽車的動能到哪里去了? 生:汽車的動能在汽車與地面的摩擦過程中轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,以熱的形式表現(xiàn)出來,使汽車與地面間的接觸面溫度升高
19、. 三、課堂小結(jié) 本節(jié)課的內(nèi)容是高中物理的一個重中之重,是高考中必考的內(nèi)容之一,并且所占的比重非常大,所以要引起老師和學(xué)生的高度重視。本節(jié)連同下一節(jié)內(nèi)容(機械能守恒定律)是用能量觀點解決問題的重要組成部分,這兩節(jié)課后可以加適當(dāng)?shù)牧?xí)題課加以鞏固,也可以在本節(jié)課后就加一節(jié)習(xí)題課.本節(jié)課的內(nèi)容不是十分復(fù)雜,在用牛頓定律推導(dǎo)動能定理時學(xué)生一般都能夠自己推導(dǎo),要放開讓學(xué)生自己推導(dǎo),以便學(xué)生對動能定理的進一步認識. 動能定理的應(yīng)用當(dāng)然是這一節(jié)課的一個關(guān)鍵,這節(jié)課不可能讓學(xué)生一下子就能夠掌握應(yīng)用這個定理解決問題的全部方法,而應(yīng)該教給學(xué)生最基本的分析方法,而這個最基本分析方法的形成可以根據(jù)例題來逐步讓學(xué)
20、生自己體會,這兩個例題不難,但是很有代表性,分兩種情況從不同角度分析合力做功等于動能的變化,一次是合力做正功,物體動能增加;一次是合力對物體做負功,物體動能減少.可以在這兩個題目的基礎(chǔ)上,根據(jù)學(xué)生的實際情況再增加一些難度相對較大的題目以供水平較高的學(xué)生選用.但是這節(jié)課的主流還是以基礎(chǔ)為主,不能本末倒置. 課堂達標(biāo) 1.質(zhì)量一定的物體……………( BC ) A.速度發(fā)生變化時,其動能一定變化 B.速度發(fā)生變化時,其動能不一定變化 C.速度不變時.其動能一定不變 D.動能不變時,其速度一定不變 2.下列幾種情況中,甲、乙兩物體的動能相等的是………………(
21、 CD ) A.甲的速度是乙的2倍,乙的質(zhì)量是甲的2倍 B.甲的質(zhì)量是乙的2倍,乙的速度是甲的2倍 C.甲的質(zhì)量是乙的4倍,乙的速度是甲的2倍 D.質(zhì)量相同,速度大小也相同,但甲向東運動,乙向西運動 3.一輛質(zhì)量為m,速度為v0的汽車在關(guān)閉發(fā)動機后于水平地面滑行了距離l后停下來,試求汽車受到的阻力. 板書設(shè)計 動能和動能定理 動能的表達式 1.推導(dǎo)過程 2.動能的表達式 3.動能的單位和標(biāo)矢性 4.Ek=. 動能定理 1.內(nèi)容:合力在一個過程中對物體所做的功,等于物體在這個過程中動能的變化. 2.公式表示;W合=△Ek 教學(xué)后記 教學(xué)后發(fā)現(xiàn)學(xué)生在使用動能定理中的難點在于受力分析的基礎(chǔ)不扎實,以至于在分析總功是遇到了阻力,所以下來還需要復(fù)習(xí)加強受力分析的內(nèi)容。
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