高中物理《動能 勢能》教案6 粵教版必修2

動能 一、 教學任務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系及動能定律的基礎與關鍵。在初中已學過動能的定性知識的基礎上，本節(jié)內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知識、功的概念、運動學和牛頓第二定律等知識為基礎。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，而且能定性地了解：物體的質量越大，動能越大；物體的速度越大，動能越大。然后用DIS實驗定量研究物體的動能與物體的質量、速度的關系。根據(jù)物體具有的能越多，做功的本領越大的原理，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)關系，并將此關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得出物體動能大小的精確表達：動能等于物體質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，感悟對待自然辨證的唯物觀點。在得到物體的動能與物體的質量、速度精確的定量關系的過程中，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)設平臺，讓學生對生活中常見的一些事例討論分析，調動學生學習的情感，感受辨證唯物的科學品質。二、教學目標1知識與技能(1) 理解動能的概念，理解物體的動能與質量、速度間的定量關系式。(2) 知道動能是標量，知道動能的單位。(3) 能用動能表達式計算物體的動能。(4) 知道在生活中人類對動能利用的實際事例。2過程與方法(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) 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情感、態(tài)度與價值觀(1) 在探究物體的動能與質量、速度的定量關系的過程中，體驗“大膽猜想、小心求證”的科學實驗態(tài)度。(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。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，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、器材：（1）定性研究物體的動能與什么因素有關：木塊、擺球（大小各1個）、鐵架臺。（2）定量研究物體的動能與質量、速度間關系：小車、摩擦塊、軌道、DIS實驗器材（包括：光電門傳感器、電腦、數(shù)據(jù)采集器等）。2、信息化平臺：多人一機的網(wǎng)絡教室、文件管理展示平臺。3、課件：動能的存在、生活中的動能的圖片、儲能飛輪的flash課件。五、教學設計思路本設計的內容包括三個方面：一是定性探究物體的動能與哪些因素有關，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。本設計的基本思路是：從定性實驗入手，先猜想出物體動能與哪些因素有關，然后用DIS實驗定量研究物體的動能與物體的質量、速度的關系，最后根據(jù)實際情景進一步理論推導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。方法是：通過定性實驗、定量實驗、理論推導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：在復習初中所學相關知識的基礎上，通過對小車的動能與摩擦塊滑行距離之間的關系的分析討論，幫助同學突破實驗中存在的理解“瓶頸”。在學生猜想物體的動能與質量、速度的函數(shù)關系時，引導學生從簡單的猜想起步，逐步驗證，以突破對變量函數(shù)關系的求證。本設計強調用定性、定量實驗探究與理論演繹等多種科學探究手段相結合的方法來得出正確結論；強調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)關系的數(shù)據(jù)處理方法，使之感受“實驗探究”、“歸納總結”等科學方法，提高探究學習的興趣。完成本設計的內容約需1課時。六、教學流程：活動II學生探究實驗2活動III學生理論推導探究動能表達式活動IV簡單應用活動I學生探究實驗1Ek與m、v的關系活動V交流、小結動能的利用與危害1、教學流程圖情景動能圖片設問2流程圖說明情景 動能圖片，設問：物體的動能大小究竟和哪些因素有關？活動 學生實驗1擺球撞木塊。學生用提供的不同質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?；顒?學生實驗2利用DIS實驗系統(tǒng)，尋找物體的動能與質量、速度的定量關系。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量、速度的數(shù)值，來尋找位移與這兩者的定量關系。瞬時速度由DIS直接測量，質量事先已知。本實驗要得出動能與質量、速度的關系，由于DIS處理數(shù)據(jù)的能力較強，本實驗不采用控制變量法，短時間可以得出多組s（Ek）、m、v的數(shù)據(jù)，為找出它們的關系，可提出不同的猜想。用不同猜想對應的圖線與實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的圖線相對照，得出合理的結論。活動 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，推導過程也是一個探究的過程。推導的出發(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?；顒?應用動能表達式進行計算“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的裝置，只能用在能耗不大的場合。3、教學主要環(huán)節(jié) 本設計采用情景問題猜想活動歸納應用的模式組織教學，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量、速度有關。第二環(huán)節(jié)，通過DIS實驗與理論推導，定量得到物體的動能與質量、速度間的關系，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、復習舊知，設立情景。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，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、提問設疑，導入新課。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？和這些相關的因素又是什么樣的定量關系？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有關這條規(guī)律，今天我們來深入研究物體的動能。（二）定性探究。1、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。速度和質量。2、聯(lián)系實際，印證猜想。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量與速度有關？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，是因為質量大；但是，動能與質量和速度都有關，我們不能只看其中某一方面的因素就下結論，看問題要全面，應該把速度和質量兩個因素都考慮在內。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系，這就是今天這節(jié)課我們要研究的主要問題。（三）定量探究。1學生分組實驗探究：利用DIS實驗系統(tǒng)，尋找物體的動能與質量、速度的定量關系。（1）教師對實驗裝置、實驗目的、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量、速度的數(shù)值，來尋找位移與這兩者的定量關系。（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技術，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量和速度的關系。將猜想的可能的三者的函數(shù)關系輸入計算機，通過計算機擬合得到不同猜想的函數(shù)關系曲線，從多種可能的猜想中，觀察歸納出最合理的變量間的關系。（3）結合學生分組實驗情況，應用展示平臺進行交流總結，形成初步結論。即：物體的動能與物體的質量成正比，與速度平方成正比，表示為Ekmv2。2、創(chuàng)設情景，理論推導探究：前面通過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、質量間的關系。但這個關系還不精確。在歷史上，動能最初叫做“活力”，并認為它等于mv2，后來發(fā)現(xiàn)這個表示是不對的，那么正確的表示應怎樣的呢？下面我們就來推導得出動能的精確的表達式。書圖5-21中有一顆質量為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。設火藥氣體對子彈的推力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，到達槍口時子彈速度為v。請同學自行推導出子彈到達槍口時所具有的動能Ek的大小。由功的定義和運動學公式有 W Fs ma mv2因為子彈的動能等于火藥氣體對它所做的功，由Ek W ，可得Ek mv2這就是物體的動能與它的質量、速度間的定量關系式，也是動能表達式。（說明：該理論推導也可直接利用前DIS實驗的情景，由小車撞擊摩擦塊時具有的動能等于小車和摩擦塊克服阻力所做的功，得小車的動能Ek fs （m車m摩擦塊）a ，再由小車的質量遠大于滑塊的質量，可得小車的動能Ek m車v2。這個推導也可進一步說明前面實驗可能產生的誤差來源。）3概念鞏固，公式理解。（1）動能是標量。它的單位與功的單位相同，在國際單位制中都是焦耳（J）。從動能表達式也可看出，1kg ·（m/s）21kg ·（m/s2）· m1N · m1J。（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）動能計算公式中的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？假設子彈質量50g，出膛速度可達700m/s，人加自行車的總質量約為80kg，行駛速度10 m/s，試計算它們動能分別為多少？哪個大？子彈：Ek ×0.05×7002 12250J      人騎車Ek ×80×102 4000J很明顯，子彈的動能大于人和自行車的動能。2完成書上的示例。（五）動能的利用。1動能的利用（圖片展示）：投石機、打樁機、水輪機和風力機等。2動能的危害：龍卷風、洪水、海嘯、地震、泥石流等3儲能飛輪（慣性玩具汽車）：一種存儲利用動能的裝置。（六）歸納小結、布置作業(yè)。