2022年高一物理 第七章機(jī)械能 四、動(dòng)能、動(dòng)能定理(第一課時(shí)) 人教大綱版第一冊(cè)
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1、2022年高一物理 第七章機(jī)械能 四、動(dòng)能、動(dòng)能定理(第一課時(shí)) 人教大綱版第一冊(cè) ●本節(jié)教材分析 在建立了“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”概念的基礎(chǔ)上,教材提出“我們?cè)诔踔袑W(xué)過(guò),物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫做動(dòng)能.物體的動(dòng)能跟物體的質(zhì)量和速度都有關(guān)系.”接著引入了演示實(shí)驗(yàn):物體動(dòng)能與質(zhì)量及速度的關(guān)系,定性研究物體動(dòng)能與質(zhì)量和速度的關(guān)系,此處的演示實(shí)驗(yàn)是為建立學(xué)生對(duì)動(dòng)能的感性認(rèn)識(shí)而設(shè)計(jì)的,體現(xiàn)了從感性到理性,從定性到定量的逐漸深化的教學(xué)程序. 接著以恒力作用下物體做勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程推導(dǎo)出動(dòng)能定理表達(dá)式: Fs=mv22-mv12 然后提出“從上式我們看到,力F對(duì)物體所做的功等于mv2這個(gè)量的變化,
2、在物理學(xué)中就用mv2這個(gè)量表示物體的動(dòng)能.” 最后指出動(dòng)能定理的物理意義及其應(yīng)用. 總之,本節(jié)教材在教學(xué)設(shè)計(jì)上遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,遵循辯證唯物主義的認(rèn)識(shí)論,使學(xué)生對(duì)動(dòng)能的建立和理解有一個(gè)從感性到理性,從定性到定量的過(guò)程,使學(xué)生對(duì)物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)并不感到突然和困難. 通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí),應(yīng)使學(xué)生理解動(dòng)能定理的推導(dǎo)過(guò)程,清楚動(dòng)能定理的適用條件,通過(guò)對(duì)比分析使學(xué)生體會(huì)到應(yīng)用動(dòng)能定理解題與牛頓運(yùn)動(dòng)定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解題的不同點(diǎn):即運(yùn)用動(dòng)能定理解題由于不涉及物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度和時(shí)間,因此用它來(lái)處理問(wèn)題有時(shí)比較方便. ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1.理解什么是動(dòng)能. 2.知道動(dòng)能的定義式,
3、會(huì)用動(dòng)能的定義式進(jìn)行計(jì)算. 3.理解動(dòng)能定理及其推導(dǎo)過(guò)程,知道動(dòng)能定理的適用范圍. 二、能力目標(biāo) 1.運(yùn)用演繹推導(dǎo)方式推導(dǎo)動(dòng)能定理的表達(dá)式. 2.理論聯(lián)系實(shí)際,培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力. 三、德育目標(biāo) 通過(guò)動(dòng)能定理的演繹推導(dǎo),培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣. ●教學(xué)重點(diǎn) 1.動(dòng)能的概念. 2.動(dòng)能定理及其應(yīng)用. ●教學(xué)難點(diǎn) 對(duì)動(dòng)能定理的理解和應(yīng)用. ●教學(xué)方法 推理歸納法、講授法、電教法. ●教學(xué)用具 投影片、CAI課件、導(dǎo)軌、物塊(或小球)兩個(gè). ●課時(shí)安排 1課時(shí) ●教學(xué)過(guò)程 一、導(dǎo)入新課 [復(fù)習(xí)]什么是物體的動(dòng)能?物體的動(dòng)能與什么因素有關(guān)? 物體
4、由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能;物體的動(dòng)能跟物體的質(zhì)量和速度有關(guān)系. [導(dǎo)入]物體的動(dòng)能跟物體的質(zhì)量、速度有什么關(guān)系呢?本節(jié)課我們就來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題. [板書(shū)]動(dòng)能、動(dòng)能定理. 二、新課教學(xué) (一)[演示] 1.多媒體展示實(shí)驗(yàn)裝置: 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; 2.實(shí)物演示并觀(guān)察現(xiàn)象; 3.學(xué)生描述看到的現(xiàn)象: a.讓滑塊A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(duì)木塊做的功多. b.讓質(zhì)量不同的滑塊從同一高度下滑,可以看到:質(zhì)量大的滑塊把木塊推得遠(yuǎn),對(duì)木塊做的功多. [教師]從功能關(guān)系定性分析得到: 物體的質(zhì)量越大,速度越大,它的動(dòng)
5、能就越大. (二)[投影下列思考題] 一架飛機(jī)在牽引力的作用下(不計(jì)阻力),在起飛跑道上加速運(yùn)動(dòng),分析: 1.飛機(jī)的動(dòng)能如何變化? 2.飛機(jī)的動(dòng)能變化的原因是什么? [學(xué)生活動(dòng)]分析并討論上述問(wèn)題: 1.因?yàn)轱w機(jī)的速度越來(lái)越大,所以飛機(jī)的動(dòng)能在不斷增大. 2.由于牽引力對(duì)飛機(jī)做功,導(dǎo)致飛機(jī)的動(dòng)能不斷增大. [教師] 由于牽引力做功導(dǎo)致飛機(jī)動(dòng)能增大,據(jù)功能關(guān)系得到: 牽引力做了多少功,飛機(jī)的動(dòng)能就增加多少. [方法滲透] 由于牽引力所做的功和動(dòng)能變化之間的等量關(guān)系,我們可以根據(jù)做功的多少,來(lái)定量地確定動(dòng)能. [投影] 用投影儀投影下列物理情景,用牛頓運(yùn)動(dòng)定律推導(dǎo)尋找功
6、和動(dòng)能之間的關(guān)系: 1.質(zhì)量為m的物體以初速v1=0自由落下,當(dāng)下落距離為h時(shí),速度為v2. 2.一個(gè)初速為v1,質(zhì)量為m的物體,在與運(yùn)動(dòng)方向相同的恒定外力F的作用下發(fā)生一段位移s,速度增加到v2; 3.一個(gè)初速為v1,質(zhì)量為m的小車(chē),在水平粗糙面上受到摩擦力f的作用下,發(fā)生一段位移s,速度減小到v2. 4.一個(gè)初速為v1、質(zhì)量為m的小車(chē),在與運(yùn)動(dòng)方向相同的恒定外力F作用下,沿粗糙水平面運(yùn)動(dòng)了一段位移s,速度變?yōu)関2,其過(guò)程中受到的摩擦力為f. [學(xué)生進(jìn)行分組推導(dǎo),教師巡視并解決推導(dǎo)中出現(xiàn)的問(wèn)題] 將推導(dǎo)出的結(jié)論填入下表中: 物理情景 結(jié)論 1 mgh=mv22-mv12=
7、mv22 2 Fs=mv22-mv12 3 -fs=mv22-mv12 4 Fs-fs=(F-f)s=mv22-mv12 [學(xué)生活動(dòng)] 用文字語(yǔ)言表述表中的結(jié)論. [結(jié)論一]物體只受重力作用,重力對(duì)物體所做的功等于mv2這個(gè)物理量的變化; [結(jié)論二]物體只受一個(gè)動(dòng)力的情況下,外力對(duì)物體所做的功等于mv2這個(gè)物理量的變化; [結(jié)論三]物體只受一個(gè)阻力的情況下,外力對(duì)物體所做的功等于mv2這個(gè)物理量的變化; [結(jié)論四]物體既受動(dòng)力又受阻力作用的情況下,外力對(duì)物體所做的總功等于物體mv2這個(gè)物理量的變化; [歸納] 從上邊推導(dǎo)可得到:合力F所做的功等于mv2這個(gè)物理量的變
8、化; 又據(jù)功能關(guān)系,合力F做的功等于物體動(dòng)能的變化. 在物理學(xué)中就用mv2這個(gè)量來(lái)表示物體的動(dòng)能. [板書(shū)] a.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. b.公式:Ek=mv2 c.動(dòng)能是標(biāo)量 d.動(dòng)能的單位:焦(J) (三)[過(guò)渡]通過(guò)剛才的推導(dǎo),我們知道不論外力是幾個(gè),也不管外力是動(dòng)力還是阻力,外力是重力、摩擦力還是其他力,合外力對(duì)物體所做的功總是等于物體動(dòng)能的變化,那么同學(xué)們能否設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證上述物理情景一呢? [點(diǎn)撥討論] 情景一中物體做什么運(yùn)動(dòng)?(初速為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)). 我們前面用實(shí)驗(yàn)研究過(guò)勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),回憶實(shí)驗(yàn)的原理是什么?器材有哪
9、些? [學(xué)生活動(dòng)]討論并設(shè)計(jì)提出實(shí)驗(yàn)方案. 經(jīng)討論,設(shè)計(jì)出如右圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn),教師巡回指導(dǎo),幫助學(xué)生解決操作中存在的問(wèn)題. [數(shù)據(jù)處理]將測(cè)量和計(jì)算結(jié)果填入下表中(注意速度的計(jì)算可利用時(shí)間t內(nèi)的平均速度等于該段時(shí)間中點(diǎn)時(shí)刻的瞬時(shí)速度). 由表中數(shù)據(jù)比較mgh2與mv22、mgh3與mv32、mgh4與mv42的結(jié)果是否相同. [投影] 1.合力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的變化這個(gè)結(jié)論叫動(dòng)能定理. 2.表達(dá)式:W=Ek2-Ek1 W→合外力對(duì)物體所做的功; Ek2→物體的末動(dòng)能; Ek1→物體的初動(dòng)能. [討論] a.當(dāng)合力對(duì)物體做正功時(shí),物體
10、動(dòng)能如何變化? b.當(dāng)合力對(duì)物體做負(fù)功時(shí),物體動(dòng)能如何變化? [學(xué)生] 當(dāng)合力對(duì)物體做正功時(shí),末動(dòng)能大于初動(dòng)能,動(dòng)能增加; 當(dāng)合力對(duì)物體做負(fù)功時(shí),末動(dòng)能小于初動(dòng)能,動(dòng)能減小. (四) [實(shí)踐操作] [投影實(shí)踐題1] 物體從高出地面H(m)處自由落下(不計(jì)空氣阻力),落至地面陷入沙坑h(m)后停止.求物體在沙坑中受到的平均阻力是重力的多少倍? [學(xué)生展示可能的解題方法] 解法一:用牛頓定律和運(yùn)動(dòng)公式求解; 解法二:分過(guò)程用動(dòng)能定理求解; 解法三:全過(guò)程用動(dòng)能定理求解. [在投影儀上比較三種解法,并進(jìn)行題后總結(jié)] 1.動(dòng)能定理不涉及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度和時(shí)間,用它來(lái)處理問(wèn)題
11、要比牛頓定律方便. 2.用動(dòng)能定理解題,必須明確初末動(dòng)能,要分析受力及各力做的功. 3.全過(guò)程用動(dòng)能定理要比分過(guò)程用動(dòng)能定理更加方便. [實(shí)踐操作題2] [投影]課本例題: 1.審題并思考: ①飛機(jī)初速度多大?末速度多大? ②飛機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中水平方向受到哪些力的作用?各個(gè)力的大小和方向如何? 2.學(xué)生分組用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)能定理求解本題. 3.在投影儀上展示學(xué)生的求解過(guò)程及現(xiàn)場(chǎng)評(píng)析. 4.教師展示正確的解題過(guò)程: 分析:飛機(jī)原來(lái)是靜止的,初動(dòng)能Ek1=0,飛機(jī)在水平方向受到的外力是牽引力F1和阻力F2=kmg,在外力作用下,飛機(jī)在跑道上滑跑一段路程s,外力對(duì)飛機(jī)做功,飛機(jī)的
12、動(dòng)能增加最后達(dá)到起飛速度v,末動(dòng)能Ek2=mv2,外力做的總功W=F1s-F2s=F1s-kmgs,由動(dòng)能定理可以求出牽引力. 解:由動(dòng)能定理得: F1s-kmgs=mv2 由此得:F1=+kmg 代入數(shù)值得:F1=1.8×104 N 5.拓展點(diǎn)評(píng): 本題用牛頓第二定律和勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的公式求解,會(huì)得到相同的效果;用牛頓第二定律和勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的公式求解,要假定牽引力是恒力,而實(shí)際中牽引力不一定是恒力,動(dòng)能定理適用于變力,用它可以處理牽引力是變力的情況,這時(shí)求得的F是牽引力對(duì)位移的平均值. 四、小結(jié) 本節(jié)我們學(xué)習(xí)了動(dòng)能和動(dòng)能定理,重點(diǎn)是動(dòng)能定理,難點(diǎn)是如何正確認(rèn)識(shí)合力做功等于物
13、體動(dòng)能的增量. 動(dòng)能定理是力學(xué)中的一條重要規(guī)律,經(jīng)常用來(lái)解決有關(guān)的力學(xué)問(wèn)題,由于動(dòng)能定理不涉及物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度和時(shí)間,因此應(yīng)用動(dòng)能定理解題往往非常方便. 五、作業(yè) (一)課本練習(xí)三④⑤⑥⑦ (二)思考題 1.如圖所示,質(zhì)量為m的物塊與轉(zhuǎn)臺(tái)之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,物體與轉(zhuǎn)軸相距為R,物塊隨轉(zhuǎn)臺(tái)由靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到某值時(shí),物塊即將在轉(zhuǎn)臺(tái)上滑動(dòng),此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)已開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng),在這一過(guò)程中,摩擦力對(duì)物體做功為 A.0 B.2πμmgR C.2μmgR D.μmgR/2 2.某運(yùn)動(dòng)員
14、臂長(zhǎng)L,將質(zhì)量為m的鉛球推出,鉛球出手時(shí)的速度大小為 v0,方向與水平方向成 30°角,則該運(yùn)動(dòng)員對(duì)鉛球所做的功是 A. B.mgL +mv02 C. mv02 D.mgL + mv02 3.質(zhì)量m= 5.0 kg 的物體靜止于水平面上,現(xiàn)給物體施加一水平恒力 F = 20 N,使物體由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 10m后撤去 F,物體在水平面上繼續(xù)滑行了15m后停止,求物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的摩擦阻力. 4.汽車(chē)在拱形橋上由A勻速地運(yùn)動(dòng)到B,下列說(shuō)法中正確的是 A.牽引力與摩擦力做的功相等 B.牽引力和重力做的功大于摩擦力做的功 C.合外力對(duì)汽車(chē)不做功 D.重力
15、做功的功率不變 5.如圖所示,一物塊以 6 m/s的初速度從曲面A點(diǎn)下滑,運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)速度仍為 6 m/s;若物體以 5 m/s的初速度仍由A點(diǎn)下滑,則它運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的速度 A.大于 5 m/s B.等于 5 m/s C.小于 5 m/s D.條件不足,無(wú)法計(jì)算 6.一個(gè)質(zhì)量為m的小球拴在鋼繩的一端,另一端用大小為F1 的拉力作用,在水平面上做半徑為R1的勻速圓周運(yùn)動(dòng)(如圖所示),今將力的大小改為F2,使小球仍在水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),但半徑變?yōu)镽2,小球運(yùn)動(dòng)的半徑由R1變?yōu)镽2過(guò)程中拉力對(duì)小球做的功多大? 參考答案: 1.D 提示:μmg = m, mv2 =μmgR.所以Wf =mv2-0 =μmgR 2.A 提示:WF -mgL sin30°=mv02 3.全過(guò)程用動(dòng)能定理: Fs1-Fμ(s1 + s2) = 0 求得:Fμ= 8 N 4.C 5.A 6.W =(F2R2 - F1R1) 六、板書(shū)設(shè)計(jì)
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