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1、物理必修 2 第七章机械能守恒定律 第七节：动能和动能定理教学设计 【教学设计】学生通过前面几节课的学习，学生已经认识到功是能量转化的量度，通过复习以往知识，和实际生活案列，引出动能。本节课重点学习动能的表达式和动能定理及应用。通过让学生自主运用牛顿运动定律及运动学公式导出动能表达式，运用类比理解动能定理。通过例题，运用两种不同方法理解动能定理的优势，并总结动能定理的适用范围及做题步骤。【教学目标】1、知识与技能：1 理解动能的概念，会用动能的定义式进行计算 2 理解动能定理，知道动能定理的适用条件，会用动能定理进行计算 2、过程与方法 1 理解动能定理的推导过程 2 会用动能定理理解动力学问
2、题，知道用动能定理解题的步骤 3、情感、态度与价值观 1 培养科学务实的态度，用演绎推理的方法从实验探究出发分析得出动能的定义式 2 培养对科学研究的兴趣，养成按科学规律办事的习惯【教学重点】动能的概念，动能定理的理解和应用。【教学难点】对动能定理的理解和应用【教学方法】探究，讨论，讲授，练习【教具准备】多媒体、物块(或小球两个)。【教学过程】新课导入 师：在前几节我们学过，当力对一个物体做功的时候一定对应于某种能量形式的变化，例如重力做功对应于重力势能的变化，弹簧弹力做功对应于弹簧弹性势能的变化，本节来探究寻找动能的表达式在本章“1 追寻守恒量”中，已经知道物体由于运动而具有的能叫做动能，大
3、家先猜想一下动能与什么因素有关?生：应该与物体的质量和速度有关 新课教学 一、动能的表达式 生：物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大 师：那么动能与物体的质量和速度之间有什么定量的关系呢?我们来看这样一个问题 (投影展示课本例题，学生讨论解决问题，独立完成推导过程)设物体的质量为m，在与运动方向相同的恒定外力F 的作用下发 2 2 2 生一段位移L，速度由Vl 增大到V2，如图 572 所示试用牛顿运动定律和运动学公式，推导出力 F 对物体做功的表达式(投影展示学生的推导过程，让学生独立完成推导过程)师：刚才这位同学推导得很好，最好是在推导过程中加上必要的文字说明，这样就更完美了这个结论说
4、明了什么问题呢?生：从 W=1 mv 2 1 mv 2 这个式子可以看出，“1 mv 2”很可能是一个 2 2 2 1 2 具有特定意义的物理量，因为这个物理量在过程终了时和过程开始时的差，正好等于力对物体做的功，所以“1 mv 2”就应该是我们寻找的 动能的表达式 师：这位同学总结得非常好，我们都要向他学习，我们在上一节课的实验探究中已经表明，力对初速度为零的物体所做的功与物体速度的平方成正比，这也印证了我们的想法。所以动能应该怎样定义呢?生：在物理学中就用 1 mv 2 这个物理量表示物体的动能，用符号 Ek 表示,Ek=1 mv 2 师：动能是矢量还是标量?生：动能和所有的能量一样，是标
5、量 师：国际单位制中，动能的单位是什么?生：动能的单位和所有能量的单位一样，是焦耳，符号 J 师：我们知道，重力势能和弹簧的弹性势能都与相对位置有关，那么动能有没有相对性呢?生：动能也应该有相对性，它与参考系的选取有关。师：以后再研究这个问题时，如果不加以特别的说明，都是以地面为参考系来研究问题的 师：我们计算问题一定不要想当然，这样很容易出现错误，一定要有根据，分析问题要全面 二、动能定理 师：有了动能的表达式后，前面我们推出的 W 1 mv 2 1 mv 2,就 2 2 2 1 可以写成 WE E=1 mv 2，其中 E 表示一个过程的末动能 1 mv 2，k2 k1 2 k2 2 2 E
6、 表示一个过程的初动能 1 mv 2 k1 2 1 师：上式表明什么问题呢?请你用文字叙述一下 生：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 师：这个结论叫做动能定理 师：如果物体受到几个力的作用，动能定理中的 W 表示什么意义?生：如果物体受到几个力的作用，动能定理中的W 表示的意义是 合力做的功 师：那么，动能定理更为一般的叙述方法是什么呢?生：合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 师：结合生活实际，举例说明。生 1：上一节课做实验探究物体速度与力做功之间的关系时，曾 经采用的一种方法是平衡摩擦力，实际上这时小车受到的橡皮筋的拉 力就等于物体所
7、受的合力 生 2：如果物体匀速下落，那么物体的动能没有发生变化，这时 合力是零，所以合力做的功就是零 生 3：例如，一架飞机在牵引力和阻力的共同作用下，在跑道上加速运动速度越来越大，动能越来越大这个过程中是牵引力和阻力都做功，牵引力做正功，阻力做负功，牵引力和阻力的合力做了多少功，飞机的动能就变化了多少 师：合力做的功应该怎样求解呢?我们经常用什么方法求解合力做的功?生：合力做功有两种求解方法，一种是先求出物体受到的合力 再求合力做的功，一种方法是先求各个力做功，然后求各个力做功的代数和 师：刚才我们推导出来的动能定理，我们是在物体受恒力作用且做直线运动的情况下推出的动能定理是否可以应用于变力
8、做功或物体做曲线运动的情况，该怎样理解?生：当物体受到的力是变力，或者物体的运动轨迹是曲线时，我们仍然采用过去的方法，把过程分解为很多小段，认为物体在每小段运动中受到的力是恒力，运动的轨迹是直线，这样也能得到动能定理 师：正是因为动能定理适用于变力做功和曲线运动的情况，所以在解决一些实际问题中才得到了更为广泛的应用我们下面看一个例题：投影展示例题，学生分析问题，讨论探究解决问题的方法 一架喷气式飞机质量为 5.0Xl03kg，起飞过程中从静止开始滑跑 当位移达到 l=53X102m 时，速度达到起飞速度 v=60ms。在此过程中飞机受到的平均阻力是 飞机重力的 0.02 倍求飞机受到的牵引力
9、师：从现在开始我们要逐步掌握用能量的观点分析问题就这个问题而言我们已知的条件是什么?生：已知初末速度，初速度为零，而末速度为v=60ms，还知道物体受到的阻力是重力的 0.02 倍 师：我们要分析这类问题，应该从什么地方人手呢?生：还是应该从受力分析人手。这个飞机受力比较简单，竖直方向的重力和地面对它的支持力合力为零，水平方向上受到飞机牵引力和阻力。师：分析受力的目的在我们以前解决问题时往往是为了求物体的加速度，而现在进行受力分析的目的是什么呢?生：目的是为了求合力做的功，根据物体合力做的功，我们就可以求解物体受到的牵引力 师：请同学们把具体的解答过程写出来 投影展示学生的解答过程，帮助能力较
10、差的学生完成解题过程 解题过程参考 师：用动能定理和我们以前解决这类问题的方法相比较，动能定理的优点在哪里呢?生 1：动能定理不涉及运动过程中的加速度和时间，用它来处理问题要比牛顿定律方便 生 2：动能定理能够解决变力做功和曲线运动问题，而牛顿运动解决这样一类问题非常困难 师：下面大家总结一下用动能定理解决问题的一般步骤(投影展示学生的解决问题的步骤，指出不足，完善问题)参考步骤 用动能定理解题的一般步骤：1.明确研究对象、研究过程，找出初末状态的速度情况 2.要对物体进行正确的受力分析，明确各个力的做功大小及正负 情况 3.明确初末状态的动能 4.由动能定理列方程求解，并对结果进行讨论 师：
11、刚才这位同学分析得很好，我们现在再看例题 2 投影展示例题 2 一辆质量为 m，速度为 v0 的汽车在关闭发动机后于水平地面滑行了距离 l 后停下来，试求汽车受到的阻力 师：这个问题和上一个问题的不同之处在哪里?生 1：首先是运动状态变化的情况不同，上一个问题中飞机是从静止开始加速运动的，是初速度为零的加速运动，而这个问题中汽车是具有一个水平方向的初速度，速度逐渐减小的一个减速运动，最终的速度为零 生 2：两个物体受力是不相同的，飞机受到的合力的方向和运动方向相同，而汽车受到的合力方向和运动方向相反。生 3：它们的动能变化情况也不相同，飞机的动能是增加的，而汽车的动能是减小的 师：这也说明一个
12、问题，在应用动能定理时我们应该注意到，外力做功可正可负。如果外力做正功，物体的动能增加；外力做负功，物体 的 动能减少现在大家把这个问题的具体的解答过程写出来(投影展示学生的解答过程，指导学生正确的书写解答过程)参考解答过程 师：通过以前的学习我们知道，做功的过程是能量从一种形式转化为另一种形式的过程在上面的例题中，阻力做功，汽车的动能到哪里去了?生：汽车的动能在汽车与地面的摩擦过程中转化成内能，以热的形式表现出来，使汽车与地面间的接触面温度升高 当堂达标训练【课堂小结】1.动能 定义 公式性质 2.动能定理 定义 表达式理解 3.动能定理的应用【板书设计】7-7 动能和动能定理 一 动能 1
13、 表达式 E =1 mv2 K 2 2 单位 J 1kg.m2/s2=1N.m=1J 3 标量(状态量)二 动能定理 1 表达式:W=EK2-EK1(EK2 表示末动能,EK1 表示初动能)2 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 3 说 明:(1)W 表示外力（合力）对物体做的功 先求合力在求功或求各个力做功的代数和(2)若 W0,则 EK2 EK1 动能增加 若 W0,则 EK2 EK1 动能减小 若 W=0,则 EK2 =EK1 动能不变(3)适用范围:动能定理适用于恒力做功，也可以适用变力做功，既可以适用于直线运动，也可以适用于曲线运动 【布置作业】课后练习：“思考与讨论”课后作业：第 74-75 页 1、2、3、4 题