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动能与动能定理教学设计


 
 
 
《动能和动能定理》教学设计
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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周颖
2017年5月
 
 
 
《动能和动能定理》教学设计
一、设计理念:
学生的发展具有阶段性,高一年级学生的认知能力正处于由具体形象思维向抽象逻辑思维过渡阶段,在这一时期教师应尽量多地将书本知识与实际生活密切联系起来,争取以教学知识为载体帮助学生稳步实现这一过渡。本节课用现实生活现象录像引入,目的是使学生通过观察了解合外力对物体做功与物体动能变化之间的定性关系和动能与速度及质量有一定的关系,更深刻地理解动能和动能定理。同时可以激发学生的学习兴趣,实现将物理生活化、将生活物理化的另一教学目标。其设计特色有二,其一,密切联系实际,从特殊简单问题到一般较复杂问题的循序渐进的研究;其二,教师精心设计引导,学生自然的自主探索,推理,师生互动贯穿整个教学过程。
二、 教材分析:
1.内容
   新课标要求“通过实验,探究恒力做功与物体动能变化的关系,理解动能和动能定理。用动能定理理解生活和生产中的现象。”具体操作为“用打点计时器或光电计时器探究恒力做功与物体动能变化的关系。”和“从牛顿第二定律导出动能定理。”《动能和动能定理》是高中物理(新人教版)必修二的第七章的第7节内容。是本章教学的重点。通过前面几节的学习,学生已认识到某个力对物体做功就一定对应着某种能量的变化。而在初二学生已知道物体由于运动所具有的能叫动能。那么,物体的动能跟哪些因素有关?引起动能变化的原因是什么?就是本节要研究的内容。
   
2.作用:
本节内容是上一节内容的一个延伸,也是下一节推导机械能守恒定律的依据,具有承前启后作用。通过本节内容的学习,既深化了对功的概念的理解,使学生对“功是能量转化的量度”有了进一步地理解。拓展了求功的思路并为用功能关系处理问题打开了思维通道。作为力学中最重要的规律之一,它的应用更是贯穿于以后的很多章节。由于动能定理适用于恒力、变力做功,应用十分广泛,所以必须使学生真正的掌握好它。
三、学情分析:
学生在初中阶段已学习过动能的概念,并知道运动物体的速度越大质量越大,动能就越大。而且通过前面的学习,学生已经初步掌握了“功是能量转化的量度”,知道能量的转化可以通过力做功来实现,这为“动能”“动能定理”的推导埋下了伏笔。高一年级学生在刚开始学习高中物理时由于抽象思维刚刚起步所以容易产生畏难情绪,采取由浅入深、由定性到定量的教学策略可以帮助学生克服畏难情绪。而且采用多样化教学模式可以充分调动学生学习的积极性,培养学生的合作精神、探究意识。适度的理性思维训练也会使学生体会科学探究、科学研究的方法。
四、三维目标:
1、知识与技能目标
(1)掌握动能的表达式。
(2)掌握动能定理的表达式,理解动能定理的确切含义。
3)应用动能定理解决实际问题。
2、过程与方法目标
⑴设置情景问题启发学生的思考,让学生掌握解决问题的思维方法。
⑵探究和验证过程中掌握观察、总结、用数学处理物理问题的方法。
⑶经历科学规律探究的过程、认识探究的意义、尝试探究的方法、培养探究的能力。
3、情感态度与价值观目标
    (1) 通过实验与探究,培养学生的探究意识和动手实践能力。
    (2) 经历讨论与交流,培养学生的语言表述能力和团结合作的学习精神。
    (3) 通过理论应用,培养学生对知识的迁移和应用能力。
五、教学重点和难点:
教学重点难点:
实验探究恒力做功与动能变化之间的关系及动能定理是本节课的重点。利用牛顿第二定律推导动能定理是本节课的难点。
六、教学资源
教学资源:多媒体方面有视频片段、PowerPoint课件,分组用实验器材有电火花打点计时器、铁架台、计数器、重锤、钩码、纸带、刻度尺等。
 
 
七、教学流程:
播放视频,初步认识与动能有关的物理量
 
      
        提出问题:利用已有知识,猜想动能的改变量和
       功的关系。
    
       
        进行实验(学生完成实验并处理数据,教师进行有
        针对性的指导)
 
 
                       实验结论分析
 
 
 
                理论推导,验证实验结果
 
 
 
 
 
、教学过程设计:
步骤 教学内容 设计意图
创设情景
引入课 题
我们知道,功是能量转化的量度,上节课的探究也告诉我们功和物体的速度的平方成正比,同时,动能和物体的速度之间也有紧密的联系,因而,我们可以得到动能EK=KV2(K是比例系数),但是物体动能会在一定的条件下发生变化。那么,动能以及动能的变化应该如何来表示,它们和功之间是否存在定量的关系?这就是我们今天这节课主要探究的问题。 开门见山,直接点题。
 
问题1、动能的概念
 
 
 
 
进行新 课
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
新课过程
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1、提问:初中我就学习过物体的动能大小和哪些因素有关呢?播放视频资料。 
学生回答:物体的质量和速度越大,它的动能就越大。
你有什么方法可以证明?
引导学生复述初中所做得滑块撞击木块的实验。
演示滑块从斜面上滑下:同一滑块,高度越高,滑块把木块推得越远;同一高度,质量越大,滑块把木块推得越远。
教师引导学生得出结论:质量越大、 速度越大,物体的动能就越大
提问:你会用理论推导动能的表达式吗?
【教师板书】
     设原来静止在光滑平面上的物体,在一水平外力作用下,获得了一定的速度,即获得了动能,动能由无到有,就是由外力做功实现的。那么我们 通过学过的牛顿第二定律和运动学方程在寻找一下功与获得动能的关系。
W = Fl
l = = Þ l=      Þ W = F l=
板书:公式:Ek = (其中速度v为即时速率)
说明:(1)动能的单位:J
        
(2)动能是一个标量,无方向,求和只需用代数相加减
 
 
 
2、提问:根据上节课的探究和刚才的分析,同学们大胆的预测一下功和动能的变化之间可能会是什么样的关系?W=EK2-EK1(?)那怎样来定量的表示动能呢?
桌子上为同学们提供了一些实验器材。请同学们四人为一小组合理利用和选择器材设计一个实验方案来验证我们的猜测。教师可根据情况进行提示和辅导
请说出你的研究方案中的(1)、研究对象;(2)、研究的运动过程;(3)、你的研究中需要测量哪些数据?(4)、需要哪些测量工具?(5)、实验中要注意哪些方面使实验结果更准确?
 
教师肯定学生的设计方案并要求学生按桌面上提供的器材,选择一个实验过程来进行探究。
1、设计数据记录表格。2、设计实验步骤。
提问:实验数据表明重力或拉力对物体所做的功和物体动能的变化有什么关系呢?
提问:为什么会出现重力做功值比动能增量略大这一结果呢?
提问:如何得到动能的表达式及验证功和动能的变化量之间的关系呢?
提问:如果将摩擦力和空气阻力的影响考虑进去,在实验误差允许的范围内应如何描述实验结论?
提问:你能否用前面学过的理论去证明这个结论。 
我们将刚才推导动能公式的例子改动一下:假设物体原来就具有速度v1,在外力F作用下,经过一段位移l,速度达到v2,如图2,则此过程中,外力做功与动能间又存在什么关系呢?引导学生分析:
外力F做功:WF=Fl
外力做的功:


结论:可见,外力对物体做的功等于物体在这一运动过程中动能的增量。其中F与物体运动同向,它做的功使物体动能增大。它作用的结果,导致了物体动能的变化。
将上述问题再推广一步:若物体同时受几个方向任意的外力作用,情况又如何呢?
如果物体受到几个力的共同作用,动能定理中的W即为这几个力的总功。
引导学生推导出正确结论并板书:
(1)内容: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。
用W表示外力对物体做的总功,用Ek1表示物体初态的动能,用Ek2表示末态动能,则动能定理表示为:
WEk2-Ek1=ΔEk
(2)表达式:WEk2-Ek1=ΔEk
5、教师强调对动能定理的理解
a.外力对物体做的总功的理解
有的力促进物体运动,而有的力则阻碍物体运动。因此它们做的功就有正、负之分,总功指的是各外力做功的代数和;又因为W总=W1+W2+…=F1·l+F2·l+…=F·l,所以总功也可理解为合外力的功W=Fl 。
b.对该定理标量性的认识
因动能定理中各项均为标量,因此单纯速度方向改变不影响动能大小。如匀速圆周运动过程中,合外力方向指向圆心,与位移方向始终保持垂直,所以合外力做功为零。
在初中所学内容的基础上深入探究,激发学生的学习兴趣。
  学生直接参与探究过程,增加感性认识。
 
 
 
 
 
 
    教会学生会用理论分析实验现象,注重对学生的思维能力的训练
 
 
 
设计问题,引导学生自主探究设计实验激发学生自主学习的能力和学习的兴趣。这一过程中,对学生的归纳,要给充分的肯定和鼓励,以培养他们大胆猜想的意识和习惯。
 
在实验过程中对学生进行连续追问,学习知识的同时完善学生的动手能力,做到手脑并用。在实验得到相应结果之后,学会用理论分析,注重对学生的思维能力的训练过程。
创设情境,让学生自己利用刚才的方法导出动能定理,体验知识的形成过程。实践证明,亲身探究得来的知识印象最深刻,它不仅让学生自然的体会到“发现”的乐趣,而且可以培养学生知识迁移的能力和逻辑推理能力
层层深入,步步拓展,从特殊到一般。
 
 
概念定律的出来后,引导学生对其内涵和外延作分析,这是正确利用概念定律解体的先决条件,尤其是要特别强调易错和易忘的知识点,要在不同时候不同地方不断加以强化
 
  经典练习强化:
2:一架质量为 5.0×10   kg 的飞机,在起飞过程中,从静止开始滑行,当滑行的距离为 530 m时,达到起飞速度60 m/s 。在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍,求飞机受到的牵引力
分析:在水平方向上,飞机受到的外力是牵引力F 和阻力Ff 。在合外力作用下,飞机在跑道上滑行一段位移 s,合外力对飞机做正功,飞机的动能增加,最后达到起飞速度v 。
解:由动能定理可得


代入数据得

讨论:本题用牛顿第二定律和匀变速直线运动公式求解,会得到相同的结果。但用动能定理解题比较方便,因为动能定理解题时不涉及物体运动的加速度和运动时间,尤其在解决变力问题和曲线运动问题时,用动能定理解题更简便。
 
 
 
 
教师通过以上例题引导学生总结动能定理的应用步骤:
(1)研究对象及所研究的物理过程。
(2)对研究对象进行受力分析,并确定各力所做的功,求出这些力的功的代数和。
(3)确定始、末态的动能。(未知量用符号表示),根据动能定理列出方程      WEk2-Ek1
(4)求解方程、分析结果带来方便
  抓住机会,让学生根据动能定理的概念尝试自己解决问题
 
通过比较,激发学生用不同方法处理同一问题的兴趣。通过比较,突出动能定理的优点,增强学生对知识的内化。
另外强调正功,负功的判断。从而达到突破难点。
让学生自己总结,自己构建知识体系,教师加以补充和修正,体现“教师主导,学生主体”的教学思想
  三、作业
1、课后巩固(2)
 
巩固和应用所学知识,选择代表性强的问题作为课后作业
板书设计:
第七节 动能 动能定理
一、 动能                                 二、动能定理
1定义:物体由于运动所具有的能量。       1内容:外力对物体所做的总功等于物体动能的变化
2公式:Ek = (其中速度v为即时速率) 2表达式:W=Ek2-Ek1=ΔEk
3单位:J                                 3对动能定理的理解:
4矢量性:标量 (就和时遵循代数加减)    a、总功的理解           b、定理标量性的理解
                                        c、定理中“变化”的理解 d、状态与过程关系的理解
                                            e、是一种求功的方法 f、适用范围
三、解题步骤
(多媒体演示)
九、教学反思:
  动能定理是高中物理最重要的定理之一,本节课是动能定理教学的第一课时,是整个动能定理教学中的基础,也是最重要的环节。这节课始终以学生为主体精心设计学习活动。没有让学生机械的记忆,而且给学生主动探索、自主学习的空间,通过学生的思考、动手、观察、讨论,激发学生的学习热情,使学生由被动接受知识转化为主动的获取知识,让学生真正学会如何学习,使学生的创新潜能得到最大发挥。动能定理主要从功、能、质量、速度、力、位移等物理量,综合性很强。反思我在此次的教学过程中,发现学生对于动能概念及定义式接受较快,但在动能定理的理解上存在较大的障碍,深究其原因,应该是学生对功能关系的认识不够深刻,还有就是在功能关系的教学过程中,没有阐述清楚功能的关系,学生能知道功是能量转化的量度的事实,但无法在功和动能的变化量之间建立联系点。从这一点上看来,教师在功能关系的教学中必须要花大力气去引导学生理解功能之间的关系。
教学过程中,通过实验探究发现动能定理,并及时的进行演绎推理是本节课的高潮部分,也是一个能够体现教师教学艺术水平的阶段,学生如果能溶入在教师设置的情景气氛中,则对演绎推理的结论能够有充分的理解;反之,若教师设置的情节过于简单,语调过于平淡,学生未能溶入课堂气氛中,则会出现虽然人声鼎沸,但无思考的结局,而其带来的后果则是学生知道有动能定理的形式,却无法参透定理的本质。这也是我教学过程中做的不足的地方。推导演绎动能表达式时,由于实验条件不足,使得处理这个环节时还是略有些粗糙,并且学生自己推导动能表达式时参与度还是不够理想,探究动能变化与什么力做功有关时,参与度不够,这值得我在以后的教学中多多改进。
 在这次的课堂教学中我感受到,探究式全方面的,不一定只体现在实验探究部分,学生的积极性要在合适的环境中,用合适的方法,合适的语言调动,让学生全方位参与进来,并且在课后能继续将探究精神付诸于日常的生活中,提高学生的自主创新能力。

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