視頻標(biāo)簽：動(dòng)能和動(dòng)能定理

所屬欄目：高中物理優(yōu)質(zhì)課視頻

視頻課題：高中物理人教版必修二動(dòng)能和動(dòng)能定理-浙江

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【教學(xué)設(shè)計(jì)思路】 
根據(jù)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的基本原理，以課程標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，以人民教育出版社全日制普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)《物理2》必修第七章第7節(jié)“動(dòng)能和動(dòng)能定理”為教學(xué)內(nèi)容，在前期分析（包括學(xué)習(xí)需要、學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)背景分析）的基礎(chǔ)上，制定教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)環(huán)境和教學(xué)策略，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。 
物理課堂教學(xué)有三條主要序線，即：與教材內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的知識(shí)序，與學(xué)生學(xué)習(xí)相對(duì)應(yīng)的認(rèn)知序，以及與教學(xué)過(guò)程相對(duì)應(yīng)的教學(xué)序，只有實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的有序化才能保證課堂教學(xué)的有效性。在學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的基礎(chǔ)上精心設(shè)計(jì)問(wèn)題鏈，并通過(guò)課堂演示實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化，多媒體輔助教學(xué)，展開(kāi)對(duì)物理規(guī)律的認(rèn)知過(guò)程，力圖取得“三序合一”的效果。 
通過(guò)物理課堂教學(xué)，不僅讓學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)，而且要使學(xué)生掌握科學(xué)方法；不僅讓學(xué)生知道世界是怎樣的，更要讓學(xué)生知道世界為什么是這樣的；尤其重要的是，要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，讓他們有一種通過(guò)自己的努力讓這個(gè)世界變得更加美好的愿望，成為一個(gè)有創(chuàng)造力的人。因此，力求體現(xiàn)多層次目標(biāo)，及教學(xué)新目標(biāo)（使學(xué)生學(xué)會(huì)些什么）、教育新目標(biāo)（向?qū)W生滲透些什么）、發(fā)展新目標(biāo)（將來(lái)學(xué)生淡忘這堂課所學(xué)的知識(shí)后，還剩下些什么）。 
【前期分析】 
動(dòng)能和動(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)》要求通過(guò)“探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系來(lái)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(guò)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(guò)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(duì)動(dòng)能概念的理解較為容易，能夠掌握外力對(duì)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(duì)物體做功一定對(duì)應(yīng)著某種能量形式的變化，本節(jié)就來(lái)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(guò)感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的過(guò)程，教學(xué)的起始要求不能太高，要循序漸進(jìn)，從生活中眾多實(shí)例出發(fā)，通過(guò)分析、感受真正體驗(yàn)動(dòng)能定理的內(nèi)涵。通過(guò)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)，
 
                    
             
                    
                             
3 
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(guò)程中所做的功等于物體在這個(gè)過(guò)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，我們從學(xué)習(xí)的實(shí)際出發(fā)設(shè)置了，橡皮筋彈力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系，鐵錘從高處擺下與動(dòng)能變化的關(guān)系這些問(wèn)題，讓學(xué)生尋找物體動(dòng)能的變化與哪些力做功相對(duì)應(yīng)從而真正理解動(dòng)能定理的普適性。 
高一新生對(duì)高中物理的學(xué)習(xí)方法不甚了解，針對(duì)這一點(diǎn)，教學(xué)中，必須采用適合學(xué)生特點(diǎn)的方法，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，簡(jiǎn)化難懂的和容易混淆的一些問(wèn)題，讓他們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中體會(huì)到探究的樂(lè)趣。 
【教學(xué)目標(biāo)】 
● 知識(shí)與技能： 
1．理解動(dòng)能的概念 
2．知道動(dòng)能的符號(hào)、單位和表達(dá)式，會(huì)根據(jù)動(dòng)能的表達(dá)式計(jì)算物體的動(dòng)能. 3．能從牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式推導(dǎo)出動(dòng)能定理，理解動(dòng)能定理的物理意義. 4．知道動(dòng)能定理的適用范圍。 
●過(guò)程與方法： 
1．經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)分析與理論推理相結(jié)合的探究過(guò)程，知道歸納法及其在科學(xué)探究中的應(yīng)用 2．知道歸納演繹在科學(xué)探究中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生演繹推理和歸納的能力 
● 情感態(tài)度價(jià)值觀： 
1．利用討論交流與合作學(xué)習(xí)，增強(qiáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的科學(xué)精神，領(lǐng)略物理學(xué)科研究的方法和意義。2．經(jīng)歷動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、理論推理，大膽質(zhì)疑、深入探究，養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣。 
【教學(xué)重難點(diǎn)】 
● 重點(diǎn)：理解動(dòng)能定理的內(nèi)涵及其使用條件。 
● 難點(diǎn)：動(dòng)能定理在變力、曲線運(yùn)動(dòng)中成立的推理過(guò)程。 
【教具準(zhǔn)備】 
自制破拆鐵錘模型（含輕重不同的鐵球2個(gè)），泡沫小房子。 
【教學(xué)過(guò)程】 
 
                    
             
                    
                             
4 
1．課題引入 
學(xué)生觀看兩段視頻剪輯。 
問(wèn)：為何子彈和鐵錘破壞力那么強(qiáng)？大家能用能量的角度來(lái)說(shuō)明嗎？ 引導(dǎo)學(xué)生提出動(dòng)能。 問(wèn)：什么是動(dòng)能？ 
引導(dǎo)學(xué)生回答出“物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫做動(dòng)能。” 問(wèn)：動(dòng)能大小與什么有關(guān)呢？ 
引導(dǎo)學(xué)生學(xué)生猜測(cè)動(dòng)能可能和物體的速度，質(zhì)量有關(guān)！ 2．實(shí)驗(yàn)探究 
引導(dǎo)學(xué)生討論交流，根據(jù)控制變量的方法和實(shí)際可操作性得出探究方案。 學(xué)生演示，教師從旁協(xié)助。 
(1) 通過(guò)改變小球高度來(lái)改變速度，觀察小球撞擊房子，探究動(dòng)能與速度的關(guān)系。 (2)通過(guò)改變小球質(zhì)量，觀察小球撞擊房子，探究動(dòng)能與質(zhì)量的關(guān)系。 
(3)師生總結(jié)：小球動(dòng)能與其速度、質(zhì)量有關(guān)。速度越大，動(dòng)能越大；質(zhì)量越大，動(dòng)能越大； 問(wèn)：動(dòng)能大小與速度、質(zhì)量存在著怎樣的定量關(guān)系呢？ 
用密立根的話(huà)做引，用做功與能量的關(guān)系為線索，嘗試將實(shí)際問(wèn)題抽象成物理模型，通過(guò)理論分析探究背后規(guī)律。 3．理論探究 
引導(dǎo)學(xué)生分析出做功與物體受力有關(guān)，而力能使物體產(chǎn)生加速度，經(jīng)過(guò)一段距離的積累后使速度發(fā)生改變。而動(dòng)能又與速度有關(guān)。從而嘗試給出簡(jiǎn)單的在恒力F作用下物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的例子。 
(1)恒力做功的推導(dǎo) W=F·l F=ma 
𝒗𝟐𝟐−𝒗𝟏𝟐
=𝟐𝒂𝒍 
        ⇒𝑾=
𝟏𝟐𝒎𝒗𝟐𝟐−𝟏𝟐
𝒎𝒗𝟏𝟐
 引導(dǎo)學(xué)生分析出等式右側(cè)表達(dá)式𝟏
𝟐𝒎𝒗𝟐𝟐、𝟏
𝟐𝒎𝒗𝟏𝟐的差對(duì)應(yīng)著左側(cè)力F的功，那么這個(gè)𝟏
𝟐𝒎𝒗
𝟐
應(yīng)該是某種能量。而這種能量與物體的瞬時(shí)速度v 有關(guān)，與物體的質(zhì)量m有關(guān)，不正是我們苦苦尋找的動(dòng)能嗎！ 
 
                    
             
                    
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分享成功的喜悅！總結(jié)動(dòng)能的特點(diǎn)。 
動(dòng)能表達(dá)式：𝑬𝒌=𝟏
𝟐𝒎𝒗𝟐 單位：焦耳（J） 動(dòng)能是狀態(tài)量 動(dòng)能是標(biāo)量 
具有相對(duì)性，但高中選擇地面參考系。（例舉飛行員抓子彈和飛鳥(niǎo)撞碎飛機(jī)擋風(fēng)玻璃） 引導(dǎo)學(xué)生分析等式的意義，學(xué)生經(jīng)過(guò)討論后得出：力F做的功，等于動(dòng)能的變化。 問(wèn)：在這個(gè)例子中，物體受重力，支持力和F的作用，但只有一個(gè)力F做了功，如果做功的力不止一個(gè)呢，還有這樣的結(jié)論嗎？如果有，那這里的功又是什么力的功？ 
給出稍微復(fù)雜一點(diǎn)的情景，有恒力F和阻力共同做功的勻變速直線運(yùn)動(dòng)的例子。 
讓學(xué)生主動(dòng)推導(dǎo)出關(guān)系式：𝑾=𝟏
𝟐𝒎𝒗𝟐𝟐−𝟏
𝟐𝒎𝒗𝟏𝟐 
引導(dǎo)學(xué)生歸納出：功為合力的功。 
總結(jié)歸納出等式的物理意義，給出動(dòng)能定理的內(nèi)容。 
動(dòng)能定理：合力在一個(gè)過(guò)程中對(duì)物體所做的功，等于物體在這個(gè)過(guò)程中動(dòng)能的變化。 
表達(dá)式：𝑾=𝟏
𝟐
𝒎𝒗𝟐𝟐−𝟏
𝟐
𝒎𝒗𝟏𝟐、𝑾合=𝑬𝒌𝟐−𝑬𝒌𝟏、𝑾合=∆𝑬𝒌 
引導(dǎo)學(xué)生討論如何增加（或減小）物體速度，其本質(zhì)為通過(guò)合力做功，改變動(dòng)能。 得到動(dòng)能定理得內(nèi)涵： 
合力做功是引起物體動(dòng)能變化的原因． 
如果合力對(duì)物體做正功，物體的動(dòng)能增加；如果合力對(duì)物體做負(fù)功，物體的動(dòng)能減少；如果合力對(duì)物體不做功，物體的動(dòng)能不變． 
根據(jù)定理推理使用的限制條件得出其適用范圍1：恒力作用下的直線運(yùn)動(dòng) 問(wèn)：現(xiàn)實(shí)情況物體受變力作用更為普遍，動(dòng)能定理不能用在變力作用嗎？ 
引導(dǎo)學(xué)生分析之前所做的實(shí)驗(yàn)，分析出彈力做功與速度平方成正比中，與速度平方關(guān)聯(lián)的物理量應(yīng)該就是動(dòng)能，而做功的彈力就是一個(gè)變力。 (2)橡皮筋彈力做功的思考 
引導(dǎo)學(xué)生嘗試通過(guò)將位移無(wú)限細(xì)分后，在每一微元段內(nèi)彈力可視作恒力，則該段下物體受恒力作用做直線運(yùn)動(dòng)，符合動(dòng)能定理得使用條件，可以使用動(dòng)能定理分析。 
 
                    
             
                    
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得出其適用范圍2：變力作用下的直線運(yùn)動(dòng) 
問(wèn)：現(xiàn)實(shí)情況物體受力作用做曲線運(yùn)動(dòng)的更多，動(dòng)能定理能不能用在曲線運(yùn)動(dòng)中嗎？ 開(kāi)頭處的破拆錘撞擊汽車(chē)就是實(shí)例，我們一起來(lái)分析，看看能不能解決。 (3)鐵錘擺下動(dòng)能的來(lái)源 
引導(dǎo)學(xué)生采用類(lèi)似方法分析推理，最終得出結(jié)論。 
 
得出其適用范圍3：變力作用下的曲線運(yùn)動(dòng) 4．綜合應(yīng)用 
質(zhì)量為50 kg的游泳運(yùn)動(dòng)員，從離水10 m高的跳臺(tái)上以4 m/s的速度跳出。（g取10m/s2）求： 
①若不計(jì)空氣阻力，運(yùn)動(dòng)員入水時(shí)的速度是多少？ 
②若該運(yùn)動(dòng)員落水時(shí)速度為13 m/s，則他克服空氣阻力做了多少功？ 學(xué)生自主分析解決問(wèn)題，強(qiáng)化動(dòng)能定理的適用條件。 
及時(shí)補(bǔ)充③運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)做了多少功？（重心高度變化忽略不計(jì)） 
讓學(xué)生了解動(dòng)能定理還能用在更復(fù)雜的瞬時(shí)作用，對(duì)象非質(zhì)點(diǎn)的情況中。 5．課堂小結(jié) 
運(yùn)動(dòng)的物體具有動(dòng)能，動(dòng)能的變化取決于合力做功。在涉及只關(guān)注某過(guò)程的初、末狀態(tài)，
 
                    
             
                    
                             7 
不需考慮過(guò)程細(xì)節(jié)，尤其是求變力功、曲線運(yùn)動(dòng)、多過(guò)程、瞬間過(guò)程使用動(dòng)能定理更有優(yōu)勢(shì)！ 
指出動(dòng)能定理的局限性，留給學(xué)生思考探索的空間。 
【教學(xué)流程圖】 
見(jiàn)附錄一 
【形成性練習(xí)】 
1．改變汽車(chē)的質(zhì)量和速度，都可能使汽車(chē)的動(dòng)能發(fā)生改變，在下列幾種情形下，汽車(chē)的動(dòng)能各是原來(lái)的幾倍。 
A．質(zhì)量不變，速度增大到原來(lái)的2倍。 B．速度不變，質(zhì)量增大到原來(lái)的2倍。 C．質(zhì)量減半，速度增大到原來(lái)的4倍。 D．速度減半，質(zhì)量增大到原來(lái)的4倍。 
2．把一輛汽車(chē)的速度從10 km/h加速到20 km/h，或者從50 km/h加速到60 km/h，哪種情況做的功比較多？通過(guò)計(jì)算說(shuō)明。 
3．質(zhì)量是2 g的子彈，以300 m/s的速度射入厚度是5 cm的木板，射穿后的速度是100 m/s。子彈射穿木板的過(guò)程中受到的平均阻力是多大？你對(duì)題目中所說(shuō)的“平均”一詞有什么認(rèn)識(shí)？ 
4．運(yùn)動(dòng)員把質(zhì)量是500 g的足球踢出后，某人觀察它在空中的飛行情況，估計(jì)上升的最大高度是10 m，在最高點(diǎn)的速度為20 m/s。請(qǐng)你根據(jù)這個(gè)估計(jì)，計(jì)算運(yùn)動(dòng)員踢球時(shí)對(duì)足球做的功。 

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