云南省峨山彝族自治縣高中物理第七章機(jī)械能守恒定律教案(打包20套)新人教版必修2.zip
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《動(dòng)能和動(dòng)能定理》
課標(biāo)要求:理解動(dòng)能和動(dòng)能定理,用動(dòng)能定理解釋生活和生產(chǎn)中的現(xiàn)象。
依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)情,制定教學(xué)目標(biāo)如下:
1.理解動(dòng)能的確切含義和表達(dá)式。?
2.理解動(dòng)能定理及其推導(dǎo)過程、適用范圍、簡單應(yīng)用。?
3.設(shè)置問題啟發(fā)學(xué)生的思考,讓學(xué)生掌握解決問題的思維方法。?
4.通過動(dòng)能定理的推導(dǎo)演繹,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究的興趣。
6.通過探究驗(yàn)證培養(yǎng)合作精神和積極參與的意識(shí)。?
【教材分析】
動(dòng)能定理是本章教學(xué)重點(diǎn),也是整個(gè)力學(xué)的重點(diǎn),《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求“探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系.理解動(dòng)能和動(dòng)能定理,用動(dòng)能定理解釋生活和生產(chǎn)中的現(xiàn)象”.因此,在實(shí)際教學(xué)中要注重全體學(xué)生的發(fā)展,改變學(xué)科本位的觀念,注重科學(xué)探究,提倡學(xué)習(xí)方式的多樣化、強(qiáng)調(diào)過程和方法的學(xué)習(xí),以培養(yǎng)學(xué)生的“創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”為根本出發(fā)點(diǎn),激勵(lì)學(xué)生“在教學(xué)過程中的主動(dòng)學(xué)習(xí)和探究精神”,調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性,促進(jìn)其個(gè)性全面健康地發(fā)展和情感態(tài)度與價(jià)值觀的自我體現(xiàn).
在實(shí)際學(xué)習(xí)中學(xué)生對動(dòng)能概念的理解較為容易,能夠掌握外力對物體做的功與物體動(dòng)能的變化之間的定性關(guān)系,能夠理論推導(dǎo)它們之間的定量關(guān)系,但真正從深層次理解存在困難.在前幾節(jié)的學(xué)習(xí)中,學(xué)生已經(jīng)建立了一種認(rèn)識(shí),那就是某個(gè)力對物體做功一定對應(yīng)著某種能量形式的變化.本節(jié)就來尋找動(dòng)能的表達(dá)式.因?yàn)橛星皫坠?jié)的基礎(chǔ),本節(jié)可以放手讓學(xué)生自己去推理和定義動(dòng)能的表達(dá)式.讓學(xué)生經(jīng)過感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的過程,教學(xué)的起始要求不高,要循序漸進(jìn),從生活中眾多實(shí)例出發(fā),通過分析、感受真正體驗(yàn)動(dòng)能定理的內(nèi)涵.通過實(shí)例分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、器材選擇、動(dòng)手操作、教師演示等環(huán)節(jié),讓每一位同學(xué)都積極參與課堂教學(xué),每一位同學(xué)都能享受成功的喜悅.
動(dòng)能定理是一條適用范圍很廣的物理定理,但教材在推導(dǎo)這一定理時(shí),由一個(gè)恒力做功使物體的動(dòng)能變化,得出力在一個(gè)過程中所做的功等于物體在這個(gè)過程中動(dòng)能的變化.然后逐步擴(kuò)大幾個(gè)力做功和變力做功及物體做曲線運(yùn)動(dòng)的情況.這個(gè)梯度是很大的,為了幫助學(xué)生真正理解動(dòng)能定理,設(shè)置一些具體的問題,讓學(xué)生尋找物體動(dòng)能的變化與哪些力做功相對應(yīng).
【學(xué)情分析】
通過前面幾節(jié)課的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識(shí)到某個(gè)力對物體做了功就一定對應(yīng)著能量的變化。在本章第一節(jié)“追尋守恒量”中,學(xué)生也知道了物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能。那么物體的動(dòng)能與哪些因素有關(guān)?引起動(dòng)能變化的原因是什么?這是本節(jié)課要研究的內(nèi)容。
由于本單元對分析、綜合和解決實(shí)際問題的能力要求很高,不少同學(xué)在此感到困惑,疑難較多,主要反映在研究對象的選擇和物理過程的分析上,用能的觀點(diǎn)來分析物理問題等。
【教學(xué)重、難點(diǎn)】
教學(xué)重點(diǎn) 動(dòng)能定理及其應(yīng)用。
教學(xué)難點(diǎn) 對動(dòng)能定理的理解及其應(yīng)用
【教學(xué)方法】
情景教學(xué)法、多媒體輔助法、合作討論法、自主發(fā)現(xiàn)法
【學(xué)法指導(dǎo)】
發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法 針對學(xué)生對新知識(shí)具有濃厚興趣的特點(diǎn),教學(xué)中應(yīng)發(fā)揮學(xué)生的主體地位,精心創(chuàng)設(shè)問題情境,讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題,行程問題,并通過問題的思考、討論獲取問題的解決。
合作學(xué)習(xí)法 根據(jù)學(xué)生善于爭辯的特點(diǎn),多鼓勵(lì)學(xué)生開展合作學(xué)習(xí),展開思維碰撞,相互取長補(bǔ)短。
【教學(xué)流程】
第一步、課前自主預(yù)習(xí)
課前布置預(yù)習(xí)任務(wù),學(xué)生整體把握教材,廣泛搜集資料,完成學(xué)習(xí)指導(dǎo)制定的《預(yù)案》。
設(shè)計(jì)意圖:本著“以學(xué)生為主體”的原則,通過學(xué)生課前自學(xué),落實(shí)本節(jié)基礎(chǔ)知識(shí)。完成后,各學(xué)習(xí)小組內(nèi)相互交流,統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。
第二步、課堂學(xué)習(xí)
環(huán)節(jié)一、學(xué)情調(diào)查,情景導(dǎo)入
導(dǎo)入新課
讓學(xué)生觀察運(yùn)動(dòng)的汽車、飛行的炮彈等身邊的現(xiàn)象啟發(fā)思考、自主提問、分組探討.
教師引導(dǎo)參考問題:
什么是物體的動(dòng)能?物體的動(dòng)能大小跟哪些因素有關(guān)呢?
環(huán)節(jié)二、問題展示、合作探究
一、動(dòng)能的表達(dá)式
功是能量轉(zhuǎn)化的量度,每一種力做功對應(yīng)一種能量形式的變化.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,前幾節(jié)我們學(xué)習(xí)了重力勢能的基本內(nèi)容.“追尋守恒量”中,已經(jīng)知道物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫做動(dòng)能,大家舉例說明哪些物體具有動(dòng)能.
參案:奔馳的汽車、滾動(dòng)的足球、擺動(dòng)的樹枝、投出的籃球等運(yùn)動(dòng)的物體都具有動(dòng)能.
教師引導(dǎo):重力勢能的影響因素有物體的質(zhì)量和高度,今天我們學(xué)習(xí)的動(dòng)能影響因素有哪些?通過問題啟發(fā)學(xué)生探究動(dòng)能的影響因素.
學(xué)生思考后總結(jié):汽車運(yùn)動(dòng)得越快,具有的能量越多,應(yīng)該與物體的速度有關(guān);相同的速度,載重貨車具有的能量要比小汽車具有的能量多,應(yīng)該與物體的質(zhì)量有關(guān).即動(dòng)能的影響因素應(yīng)該是物體的質(zhì)量和速度.
問題:如何驗(yàn)證物體的動(dòng)能與物體的質(zhì)量和速度的關(guān)系?
演示實(shí)驗(yàn):讓滑塊A從光滑的導(dǎo)軌上滑下,與木塊B相碰,推動(dòng)木塊做功.
1.讓同一滑塊從不同的高度滑下,可以看到:高度大時(shí)滑塊把木塊推得遠(yuǎn),對木塊做的功多.
2.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(yuǎn),對木塊做的功多.
師生總結(jié):物體的質(zhì)量越大,速度越大,它的動(dòng)能就越大.即質(zhì)量、速度是動(dòng)能的兩個(gè)影響因素.
問題:動(dòng)能到底跟質(zhì)量和速度有什么定量的關(guān)系呢?動(dòng)能的表達(dá)式是怎樣的?
情景設(shè)置:大屏幕投影問題,可設(shè)計(jì)如下理想化的過程模型:
設(shè)某物體的質(zhì)量為m,在與運(yùn)動(dòng)方向相同的恒力F的作用下發(fā)生一段位移l,速度由v1增加到v2,如圖所示.
提出問題:
1.力F對物體所做的功是多大?
2.物體的加速度是多大?
3.物體的初速度、末速度、位移之間有什么關(guān)系?
4.結(jié)合上述三式你能綜合推導(dǎo)得到什么樣的式子?
推導(dǎo):這個(gè)過程中,力F所做的功為W=Fl
根據(jù)牛頓第二定律F=ma
而 ,即
把F、l的表達(dá)式代入W=Fl,可得F做的功W=
也就是W=
根據(jù)推導(dǎo)過程教師重點(diǎn)提示:
1. 是一個(gè)新的物理量.
2. 是物體末狀態(tài)的一個(gè)物理量, 是物體初狀態(tài)的一個(gè)物理量,其差值正好等于合力對物體做的功.合力F所做的功等于這個(gè)物理量的變化,所以在物理學(xué)中就用這個(gè)物理量表示物體的動(dòng)能.
總結(jié):1.物體的動(dòng)能等于物體質(zhì)量與物體速度的二次方的乘積的一半.
2.動(dòng)能的公式:
3.動(dòng)能的標(biāo)矢性:標(biāo)量.
4.動(dòng)能的單位:焦(J).
教師引導(dǎo)學(xué)生分析動(dòng)能具有瞬時(shí)性,是個(gè)狀態(tài)量:對應(yīng)一個(gè)物體的質(zhì)量和速度就有一個(gè)動(dòng)能的值.引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中思考分析,最終總結(jié)歸納出結(jié)論.同時(shí)注意實(shí)驗(yàn)方法——控制變量法.
例 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(yùn)動(dòng)速度為7.2 km/s,它的動(dòng)能是多大?
答案:
二、動(dòng)能定理
課件展示:通過大屏幕投影展示足球運(yùn)動(dòng)員踢球的場面,讓學(xué)生觀察,運(yùn)動(dòng)員用力將足球踢出,足球獲得了動(dòng)能;足球在草地上由于受到了阻力的作用,速度越來越小,動(dòng)能越來越小.
問題:1.若外力對物體做功,該物體的動(dòng)能總會(huì)增加嗎?
2.如果物體對外做功,該物體的動(dòng)能總會(huì)減少嗎?做功與動(dòng)能的改變之間究竟有什么關(guān)系呢?
推導(dǎo):將剛才推導(dǎo)動(dòng)能公式的例子改動(dòng)一下:假設(shè)物體原來就具有速度v1,且水平面存在摩擦力f,在外力F作用下,經(jīng)過一段位移s,速度達(dá)到v2,如圖,則此過程中,外力做功與動(dòng)能間又存在什么關(guān)系呢?
外力F做功:W1=Fs
摩擦力f做功:W2=-fs
外力做的總功為:W總=Fs-fs=ma· =Ek2-Ek1=ΔEk.
師生總結(jié):外力對物體做的總功等于物體在這一運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能的增量.其中F與物體運(yùn)動(dòng)同向,它做的功使物體動(dòng)能增大;f與物體運(yùn)動(dòng)反向,它做的功使物體動(dòng)能減少.它們共同作用的結(jié)果,導(dǎo)致了物體動(dòng)能的變化.學(xué)生根據(jù)課本提供的問題情景,運(yùn)用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式獨(dú)立推導(dǎo)出外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系.
思維拓展
將上述問題再推廣一步:若物體同時(shí)受幾個(gè)方向任意的外力作用,情況又如何呢?引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出正確結(jié)論并板書:
力在一個(gè)過程中對物體所做的功,等于物體在這個(gè)過程中動(dòng)能的變化,這個(gè)結(jié)論叫動(dòng)能定理.用W總表示外力對物體做的總功,用Ek1表示物體初態(tài)的動(dòng)能,用Ek2表示末態(tài)動(dòng)能,則動(dòng)能定理表示為:W總=Ek2-Ek1=ΔEk.
分組討論:根據(jù)動(dòng)能定理的表達(dá)形式,提出下列問題,加強(qiáng)對動(dòng)能定理表達(dá)式的理解:
1.當(dāng)合力對物體做正功時(shí),物體動(dòng)能如何變化?
2.當(dāng)合力對物體做負(fù)功時(shí),物體動(dòng)能如何變化?
學(xué)生總結(jié)分析:
1.當(dāng)合力對物體做正功時(shí),末動(dòng)能大于初動(dòng)能,動(dòng)能增加.
2.當(dāng)合力對物體做負(fù)功時(shí),末動(dòng)能小于初動(dòng)能,動(dòng)能減少.
知識(shí)拓展
1.外力對物體做的總功的理解
有的力促進(jìn)物體運(yùn)動(dòng),而有的力則阻礙物體運(yùn)動(dòng).因此它們做的功就有正、負(fù)之分,總功指的是各外力做功的代數(shù)和;又因?yàn)閃總=W1+W2+……=F1·s+F2·s+……=F合·s,所以總功也可理解為合外力的功.
2.對動(dòng)能定理標(biāo)量性的認(rèn)識(shí)
定理中各項(xiàng)均為標(biāo)量,因此單純速度方向改變不影響動(dòng)能大小.如勻速圓周運(yùn)動(dòng)過程中,合外力方向指向圓心,與位移方向始終保持垂直,所以合外力做功為零,動(dòng)能變化亦為零,并不因速度方向改變而改變.
3.對定理中“變化”一詞的理解
由于外力做功可正、可負(fù),因此物體在一運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能可增加,也可能減少.因而定理中“變化”一詞,并不表示動(dòng)能一定增大,它的確切含義為末態(tài)與初態(tài)的動(dòng)能差,或稱為“改變量”,數(shù)值可正,可負(fù).
4.對狀態(tài)與過程關(guān)系的理解
功是伴隨一個(gè)物理過程而產(chǎn)生的,是過程量;而動(dòng)能是狀態(tài)量.動(dòng)能定理表示了過程量等于狀態(tài)量的改變量的關(guān)系.
5.對適用條件的理解:動(dòng)能定理的表達(dá)式是在物體受恒力作用且做直線運(yùn)動(dòng)的情況下得出的,但對于外力是變力,物體做曲線運(yùn)動(dòng)的情況同樣適用.
例2 一架噴氣式飛機(jī),質(zhì)量m=5.0×103 kg,起飛過程中從靜止開始滑跑.當(dāng)位移達(dá)到l=5.3×102 m時(shí),速度達(dá)到起飛速度v=60 m/s.在此過程中飛機(jī)受到的平均阻力是飛機(jī)重力的0.02倍.求飛機(jī)受到的牽引力.
解:以飛機(jī)為研究對象,它受到重力、支持力、牽引力和阻力作用,這四個(gè)力做的功分別為WG=0,W支=0,W牽=Fl,W阻=-kmgl.據(jù)動(dòng)能定理得:Fl-kmgl= mv2,代入數(shù)據(jù),解得F=1.8×104 N.
環(huán)節(jié)三 、知識(shí)梳理 歸納總結(jié)
1、動(dòng)能的表達(dá)式
2.動(dòng)能定理
動(dòng)能定理:力在一個(gè)過程中對物體所做的功,等于物體在這個(gè)過程中動(dòng)能的變化。
表達(dá)式:
3、如果物體受到幾個(gè)力的作用呢?
環(huán)節(jié)四、達(dá)標(biāo)訓(xùn)練、鞏固提升
1.下列幾種情況中,甲、乙兩物體的動(dòng)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(yùn)動(dòng),乙向西運(yùn)動(dòng)
2:一輛質(zhì)量為m,速度為v0的汽車在關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)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.
3. 質(zhì)量為m的鉛球以速度υ豎直向下拋出,拋出點(diǎn)距離地面的高度為H,落地后,鉛球下陷泥土中的距離為s,求泥土地對鉛球的平均阻力?
布置作業(yè):教材“問題與練習(xí)”第3、4、5題.
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