1、用心 愛心 專心 第五章 C 動能 一、 教學任務(wù)分析 動能是牛頓力學中的核心能量，是學生在高中階段學習的第一種能量。由于動能在生活 中普遍存在，且較易被理解，因此對該概念的學習和理解，能幫助學生進一步理解能量、做 功等較抽象的物理概念。動能的概念也是今后學習功能關(guān)系及動能定律的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。在初 中已學過動能的定性知識的基礎(chǔ)上，本節(jié)內(nèi)容要求學生進一步掌握動能的定量表達。 學習動能的概念需要以初中的相關(guān)知識、功的概念、運動學和牛頓第二定律等知識為基 礎(chǔ)。 從擺球撞擊木塊實驗入手，使學生不僅能從實驗現(xiàn)象中猜想出物體動能與哪些因素有關(guān)， 而且能定性地了解：物體的質(zhì)量越大，動能越大；物體的速度越大，動

2、能越大。 然后用 DISDIS 實驗定量研究物體的動能與物體的質(zhì)量、 速度的關(guān)系。根據(jù)物體具有的能越多, 做功的本領(lǐng)越大的原理，以測量滑塊被推動的位移來代替小車的動能，猜想變量之間的函數(shù) 關(guān)系，并將此關(guān)系通過計算機對測量出的數(shù)據(jù)進行圖像擬合，以尋找到最符合實際情況的變 量關(guān)系。根據(jù)實驗歸納得出物體動能大小的粗略表達：物體的動能與物體的質(zhì)量成正比，與 物體的速度的平方成正比。 根據(jù)實際情景進一步理論推導(dǎo)得出物體動能大小的精確表達：動能等于物體質(zhì)量與速度 的二次方的乘積的一半。 通過簡單的實例訓練，練習使用動能的表達式計算物體的動能大小。 通過了解人類在生活中利用動能的實例及動能帶來的危害，感悟?qū)?/p>

3、待自然辨證的唯物觀 點。 在得到物體的動能與物體的質(zhì)量、速度精確的定量關(guān)系的過程中，使學生體驗“科學猜 想”、“圖像擬合”、“歸納推理”等多種物理學研究方法，培養(yǎng)學生觀察分析、比較判斷、歸 納總結(jié)及處理實際問題的能力。 通過小組討論、實驗探究、相互交流等方式，創(chuàng)設(shè)平臺，讓 學生對生活中常見的一些事例討論分析，調(diào)動學生學習的情感，感受辨證唯物的科學品質(zhì)。 二、教學目標 1 1知識與技能 (1)(1) 理解動能的概念，理解物體的動能與質(zhì)量、速度間的定量關(guān)系式。 (2)(2) 知道動能是標量，知道動能的單位。 (3)(3) 能用動能表達式計算物體的動能。 (4)(4) 知道在生活中人類對動能利用的實

4、際事例。 2 2過程與方法 (1)(1) 通過實驗探究獲得動能表達式的過程，認識圖像擬合方法在得出物理規(guī)律中的作用。 (2)(2) 在得出動能表達式的過程中，認識實驗探究和理論演繹的方法。 3 3情感、態(tài)度與價值觀 (1)(1) 在探究物體的動能與質(zhì)量、速度的定量關(guān)系的過程中，體驗“大膽猜想、小心求證” 的科學實驗態(tài)度。 (2)(2) 從動能的危害和利用了解事物的兩面性，感悟辨證唯物思想。 用心 愛心 專心 三、教學重點與難點 重點： 理解動能的概念，知道動能與哪些因素有關(guān)，并用動能的定義式進行計算。 難點： 對動能定義式的實驗探究和理論探究。 四、教學資源 1 1、器材： (1 1)定性研究

5、物體的動能與什么因素有關(guān)：木塊、擺球(大小各 1 1 個)、鐵架臺。 (2 2)定量研究物體的動能與質(zhì)量、速度間關(guān)系：小車、摩擦塊、軌道、 DISDIS 實驗器材(包 括：光電門傳感器、電腦、數(shù)據(jù)采集器等) 。 2 2、 信息化平臺： 多人一機的網(wǎng)絡(luò)教室、文件管理展示平臺。 3 3、 課件 ：動能的存在、生活中的動能的圖片、儲能飛輪的 flash flash 課件。 五、教學設(shè)計思路 本設(shè)計的內(nèi)容包括三個方面：一是定性探究物體的動能與哪些因素有關(guān)，二是通過定量 探究實驗與理論探究方法得出動能的表達式，三是利用動能表達式練習計算物體的動能大小， 并了解動能的利用和危害。 本設(shè)計的基本思路是：從定

6、性實驗入手，先猜想出物體動能與哪些因素有關(guān)，然后用 DISDIS 實驗定量研究物體的動能與物體的質(zhì)量、速度的關(guān)系，最后根據(jù)實際情景進一步理論推導(dǎo)得 出物體動能大小的精確表達式。通過對實際事例的計算、了解，進一步深入理解動能的概念。 本設(shè)計要突出的重點是：理解動能的概念，知道動能與哪些因素有關(guān)。方法是：通過定 性實驗、定量實驗、理論推導(dǎo)等多種方式逐步建立準確的動能表達式，并用定義式計算物體 的動能，從而從理論到實際來理解動能的概念。 本設(shè)計要突破的難點是：對動能定義式的實驗探究和理論探究。方法是：在復(fù)習初中所 學相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，通過對小車的動能與摩擦塊滑行距離之間的關(guān)系的分析討論，幫助同 學突

7、破實驗中存在的理解“瓶頸” 。在學生猜想物體的動能與質(zhì)量、速度的函數(shù)關(guān)系時，引導(dǎo) 學生從簡單的猜想起步，逐步驗證，以突破對變量函數(shù)關(guān)系的求證。 本設(shè)計強調(diào)用定性、定量實驗探究與理論演繹等多種科學探究手段相結(jié)合的方法來得出 正確結(jié)論；強調(diào)通過學生主動的參與、大膽的猜想，培養(yǎng)學生實驗、分析判斷、歸納概括的 能力；使學生通過運用電腦分析和處理數(shù)據(jù)，掌握用物理圖像擬合的方法研究歸納物理量間 函數(shù)關(guān)系的數(shù)據(jù)處理方法，使之感受“實驗探究” 、“歸納總結(jié)”等科學方法，提高探究學習 的興趣。 完成本設(shè)計的內(nèi)容約需 1 1 課時。 用心 愛心 專心 2 2 流程圖說明 情景 動能圖片，設(shè)問：物體的動能大小究竟和

8、哪些因素有關(guān)？ 活動I 學生實驗 1 1 擺球撞木塊。學生用提供的不同質(zhì)量的擺球撞擊小木塊，觀察木塊發(fā)生的位移大小， 思考并猜想物體的動能與什么因素有關(guān)。 活動n 學生實驗 2 2 利用 DISDIS 實驗系統(tǒng)，尋找物體的動能與質(zhì)量、速度的定量關(guān)系。 根據(jù)初中已經(jīng)學過的物體具有的能越多，對其他物體做功的本領(lǐng)越大的原理，可用小 車對摩擦塊做功后，摩擦塊滑行的距離表示小車動能的大小。測量記錄下不同情況下小 車的質(zhì)量、速度的數(shù)值，來尋找位移與這兩者的定量關(guān)系。瞬時速度由 DISDIS 直接測量，質(zhì) 量事先已知。本實驗要得出動能與質(zhì)量、速度的關(guān)系，由于 DISDIS 處理數(shù)據(jù)的能力較強，本 實驗不采用

9、控制變量法， 短時間可以得出多組 s s（巳、m m、v v 的數(shù)據(jù)，為找出它們的關(guān)系， 可提出不同的猜想。用不同猜想對應(yīng)的圖線與實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的圖線相對照，得出合理的 結(jié)論。 活動川 學生理論探究 為了理論得出完整的動能表達式， 必須經(jīng)過理論推導(dǎo)， 推導(dǎo)過程也是一個探究的過程。 推導(dǎo)的出發(fā)點是外力對靜止物體做多少功， 物體就具有多少動能。 這是物體具有多少動能， 就可對外做多少功的逆過程。 學生自行運用運動學和牛頓第二定律完成探究， 教師可適當 啟發(fā)點撥。 活動W 應(yīng)用動能表達式進行計算 用心 愛心 專心 “自主活動”估算子彈和人騎自行車的速度時， 提供一定的數(shù)據(jù)。 儲能飛輪是一種存儲利用動能

10、的裝置，只能用在能耗不大的場合。 3 3、教學主要環(huán)節(jié) 本設(shè)計采用情景問題猜想活動歸納應(yīng)用的模式 組織教學，整個教學過程可分為三個主要的教學環(huán)節(jié)： 第一環(huán)節(jié)， 通過情景、 提出問題和學生探究實驗， 定性得到物體的動能與質(zhì)量、 速度有關(guān)。 第二環(huán)節(jié)，通過 DISDIS 實驗與理論推導(dǎo)，定量得到物體的動能與質(zhì)量、速度間的關(guān)系，得出 動能的表達式。 第三環(huán)節(jié)，利用動能表達式計算物體的動能大小，并了解動能的利用和危害，以深入理 解動能的概念。 七、教案示例 （一）引入。 1 1、復(fù)習舊知，設(shè)立情景。 圖片資料：生活中動能存在的事例展示。 初中已經(jīng)學過：機械可以做功，是因為它具有能量。能量的形式多種多樣

11、，圖片展示的 事例都是處于運動狀態(tài)的物體對其他物體做功，這說明處于運動狀態(tài)的物體具有能量，這種 能量叫做動能。 2 2、提問設(shè)疑，導(dǎo)入新課。 物體由于運動而具有的能量叫做動能，動能是我們生活中常見的一種能量。那么物體的 動能大小究竟和哪些因素有關(guān)？和這些相關(guān)的因素又是什么樣的定量關(guān)系？根據(jù)初中學過的 物體具有的能量大小和物體做功的本領(lǐng)有關(guān)這條規(guī)律，今天我們來深入研究物體的動能。 （二）定性探究。 1 1、 實驗探究、提出猜想。 學生分組實驗：擺球撞木塊。學生用提供的不同質(zhì)量的擺球撞擊小木塊，觀察木塊發(fā)生 的位移大小，思考并猜想物體的動能與什么因素有關(guān)。 速度和質(zhì)量。 2 2、 聯(lián)系實際，印證猜

12、想。 分析討論：一輛水平行駛的肇事車輛撞上護欄，造成的物體損壞是否和物體的質(zhì)量與速 度有關(guān)？ 同樣的汽車，速度越快，撞到某物時對這個物體破壞力越大，說明對外作功能力強，即 動能大；一輛小轎車與一輛集裝箱卡車以相同速度撞擊某物時，顯然卡車破壞力大，即動能 大。 從而印證前面探究實驗中猜想的結(jié)論是否合理。 小組交流：生活中還能舉出類似的事例嗎？ 激疑：一顆出膛的子彈與一位騎著自行車的人，哪個動能大？ 如果說子彈動能大，你們肯定會說子彈速度快，而說騎著自行車的人動能大，是因為質(zhì) 量大；但是，動能與質(zhì)量和速度都有關(guān)，我們不能只看其中某一方面的因素就下結(jié)論，看問 題要全面，應(yīng)該把速度和質(zhì)量兩個因素都考慮

13、在內(nèi)。 要解決這個問題，必須要知道動能與這兩個因素有怎樣的定量關(guān)系，這就是今天這節(jié)課 我們要研究的主要問題。 用心 愛心 專心 （三）定量探究。 1 1學生分組實驗探究：利用 DIS DIS 實驗系統(tǒng)，尋找物體的動能與質(zhì)量、速度的定量關(guān)系。 （1 1）教師對實驗裝置、實驗?zāi)康?、操作方法和注意事項作簡要說明。 根據(jù)初中已經(jīng)學過的物體具有的能越多，對其他物體做功的本領(lǐng)越大的原理，可用小車 對摩擦塊做功后，摩擦塊滑行的距離表示小車動能的大小。測量記錄下不同情況下小車的質(zhì) 量、速度的數(shù)值，來尋找位移與這兩者的定量關(guān)系。 （2 2）學生進行操作、觀察、記錄、分析、歸納和探討。 本實驗采用計算機擬合曲線的

14、技術(shù)，不需控制變量。測量記錄多組數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)提 供的信息，猜想摩擦塊的位移與小車的質(zhì)量和速度的關(guān)系。將猜想的可能的三者的函數(shù)關(guān)系 輸入計算機，通過計算機擬合得到不同猜想的函數(shù)關(guān)系曲線，從多種可能的猜想中，觀察歸 納出最合理的變量間的關(guān)系。 （3 3）結(jié)合學生分組實驗情況，應(yīng)用展示平臺進行交流總結(jié)，形成初步結(jié)論。 即：物體的動能與物體的質(zhì)量成正比，與速度平方成正比，表示為 瓦 mvmv2。 2 2、創(chuàng)設(shè)情景，理論推導(dǎo)探究： 前面通過 DIS DIS 實驗，根據(jù)小車所做的功與小車動能相等的事實，掌握了物體的動能與它 的速度、質(zhì)量間的關(guān)系。但這個關(guān)系還不精確。在歷史上，動能最初叫做“活力”，并認

15、為 它等于 mvmv2,后來發(fā)現(xiàn)這個表示是不對的， 那么正確的表示應(yīng)怎樣的呢？下面我們就來推導(dǎo)得 出動能的精確的表達式。 書圖 5 5- -21 21 中有一顆質(zhì)量為 m m 、靜止在槍膛中的子彈， 要知道它被射出槍口時有多少動能， 只要看擊發(fā)后火藥氣體推力對它做了多少功。 設(shè)火藥氣體對子彈的推力 F F 不變，子彈在槍膛中做初速為零的勻加速運動，從靜止到離 開槍口，發(fā)生的位移為 s s,到達槍口時子彈速度為 V V。請同學自行推導(dǎo)出子彈到達槍口時所具 有的動能 E Ek的大小。 2 V V 1 1 2 由功的定義和運動學公式有 W W = Fs Fs = ma ma = mvmv 2a 22

16、a 2 1 1 因為子彈的動能等于火藥氣體對它所做的功，由 Ek = W，可得 E Ek = - -mvmv2 這就是物體的動能與它的質(zhì)量、速度間的定量關(guān)系式，也是動能表達式。 （說明：該理論推導(dǎo)也可直接利用前 DISDIS 實驗的情景，由小車撞擊摩擦塊時具有的動能 2 等于小車和摩擦塊克服阻力所做的功，得小車的動能 E Ek = fs fs = （ m m車+ m m摩擦塊）a a V，再由 2a2a 小車的質(zhì)量遠大于滑塊的質(zhì)量，可得小車的動能 E Ek = 2 2 m m車v v2。這個推導(dǎo)也可進一步說明前 面實驗可能產(chǎn)生的誤差來源。） 3 3 概念鞏固，公式理解。 （1 1） 動能是標量

17、。它的單位與功的單位相同，在國際單位制中都是焦耳（ J J）。從動能表 達式也可看出，1kg 1kg - （m/sm/s） 2= 1kg 1kg - （m/sm/s2） - -m m= 1N m 1N m = 1J1J。 用心 愛心 專心 （2 2） 動能是描述物體運動狀態(tài)的一個物理量，是一種基本形式的能。 （3 3） 動能計算公式中的 v v 是瞬時速度，計算出來的動能是某一時刻或某一位置的動能， 所以變速運動中計算的動能必須指出是哪一時刻或哪一位置的，不能用平均速度代入動能公 式中而求所謂的平均動能。 （四） 運用動能表達式計算物體的動能 1 1 回到前面提出的問題：一顆出膛的子彈與一位騎著自行車的人，哪個動能大？ 假設(shè)子彈質(zhì)量 50g50g，出膛速度可達 700m/s700m/s，人加自行車的總質(zhì)量約為 80kg80kg，行駛速度 10 10 m/sm/s，