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1、動能 一、 教學(xué)任務(wù)分析 動能是牛頓力學(xué)中的核心能量，是學(xué)生在高中階段學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)和理解，能幫助學(xué)生進(jìn)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(xué)習(xí)功能關(guān)系及動能定律的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。在初中已學(xué)過動能的定性知識的基礎(chǔ)上，本節(jié)內(nèi)容要求學(xué)生進(jìn)一步掌握動能的定量表達(dá)。 學(xué)習(xí)動能的概念需要以初中的相關(guān)知識、功的概念、運(yùn)動學(xué)和牛頓第二定律等知識為基礎(chǔ)。 從擺球撞擊木塊實(shí)驗(yàn)入手，使學(xué)生不僅能從實(shí)驗(yàn)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，動能越大。 然后用DIS實(shí)驗(yàn)定

2、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(jì)算機(jī)對測量出的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像擬合，以尋找到最符合實(shí)際情況的變量關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)歸納得出物體動能大小的粗略表達(dá)：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(shí)際情景進(jìn)一步理論推導(dǎo)得出物體動能大小的精確表達(dá)：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(shí)例訓(xùn)練，練習(xí)使用動能的表達(dá)式計(jì)算物體的動能大小。 通過了解人類在生活中利用動能的實(shí)例及動能帶來的危害，感悟?qū)Υ匀槐孀C的唯物觀點(diǎn)。 在得到物體的動能與

3、物體的質(zhì)量、速度精確的定量關(guān)系的過程中，使學(xué)生體驗(yàn)“科學(xué)猜想”、“圖像擬合”、“歸納推理”等多種物理學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生觀察分析、比較判斷、歸納總結(jié)及處理實(shí)際問題的能力。 通過小組討論、實(shí)驗(yàn)探究、相互交流等方式，創(chuàng)設(shè)平臺，讓學(xué)生對生活中常見的一些事例討論分析，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的情感，感受辨證唯物的科學(xué)品質(zhì)。 二、教學(xué)目標(biāo) 1．知識與技能 (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) 知道動能是標(biāo)量，知道動能的單位。 (3) 能用動能表達(dá)式計(jì)算物體的動能。 (4) 知道在生活中人類對動能利用的實(shí)際事例。 2．過程與方法 (1) 通過實(shí)驗(yàn)探究獲得動能表達(dá)式

4、的過程，認(rèn)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(dá)式的過程中，認(rèn)識實(shí)驗(yàn)探究和理論演繹的方法。 3．情感、態(tài)度與價(jià)值觀 (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(yàn)“大膽猜想、小心求證”的科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn)：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(jìn)行計(jì)算。 難點(diǎn)：對動能定義式的實(shí)驗(yàn)探究和理論探究。 四、教學(xué)資源 1、器材： （1）定性研究物體的動能與什么因素有關(guān)：木塊、擺球（大小各1個）、鐵架臺。 （2）定量研究物體的動能與質(zhì)量、速度

5、間關(guān)系：小車、摩擦塊、軌道、DIS實(shí)驗(yàn)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(jī)的網(wǎng)絡(luò)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(xué)設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)與理論探究方法得出動能的表達(dá)式，三是利用動能表達(dá)式練習(xí)計(jì)算物體的動能大小，并了解動能的利用和危害。 本設(shè)計(jì)的基本思路是：從定性實(shí)驗(yàn)入手，先猜想出物體動能與哪些因素有關(guān)，然后用DIS實(shí)驗(yàn)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(shí)際情景進(jìn)一步理論推導(dǎo)得出物體動能大小

6、的精確表達(dá)式。通過對實(shí)際事例的計(jì)算、了解，進(jìn)一步深入理解動能的概念。 本設(shè)計(jì)要突出的重點(diǎn)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(shí)驗(yàn)、定量實(shí)驗(yàn)、理論推導(dǎo)等多種方式逐步建立準(zhǔn)確的動能表達(dá)式，并用定義式計(jì)算物體的動能，從而從理論到實(shí)際來理解動能的概念。 本設(shè)計(jì)要突破的難點(diǎn)是：對動能定義式的實(shí)驗(yàn)探究和理論探究。方法是：在復(fù)習(xí)初中所學(xué)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(xué)突破實(shí)驗(yàn)中存在的理解“瓶頸”。在學(xué)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(xué)生從簡單的猜想起步，逐步驗(yàn)證，以突破對變量函數(shù)關(guān)系的求證。 本設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)用定性、定量實(shí)

7、驗(yàn)探究與理論演繹等多種科學(xué)探究手段相結(jié)合的方法來得出正確結(jié)論；強(qiáng)調(diào)通過學(xué)生主動的參與、大膽的猜想，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)、分析判斷、歸納概括的能力；使學(xué)生通過運(yùn)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(shí)驗(yàn)探究”、“歸納總結(jié)”等科學(xué)方法，提高探究學(xué)習(xí)的興趣。 完成本設(shè)計(jì)的內(nèi)容約需1課時。 六、教學(xué)流程： 活動II 學(xué)生探究 實(shí)驗(yàn)2 活動III 學(xué)生理論推導(dǎo)探究 動能表達(dá)式 活動IV 簡單應(yīng)用 活動I 學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)1 Ek與m、v的關(guān)系 活動V 交流、小結(jié) 動能的利用與危害 1、教學(xué)流程圖

8、 情景 動能圖片 設(shè)問 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哪些因素有關(guān)？ 活動Ⅰ 學(xué)生實(shí)驗(yàn)1 擺球撞木塊。學(xué)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Ⅱ 學(xué)生實(shí)驗(yàn)2 利用DIS實(shí)驗(yàn)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(xué)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

9、速度由DIS直接測量，質(zhì)量事先已知。本實(shí)驗(yàn)要得出動能與質(zhì)量、速度的關(guān)系，由于DIS處理數(shù)據(jù)的能力較強(qiáng)，本實(shí)驗(yàn)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(guān)系，可提出不同的猜想。用不同猜想對應(yīng)的圖線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的圖線相對照，得出合理的結(jié)論。 活動Ⅲ 學(xué)生理論探究 為了理論得出完整的動能表達(dá)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(diǎn)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(xué)生自行運(yùn)用運(yùn)動學(xué)和牛頓第二定律完成探究，教師可適當(dāng)啟發(fā)點(diǎn)撥。 活動Ⅳ 應(yīng)用動能表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算 “自主活動”估算

10、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(xué)主要環(huán)節(jié) 本設(shè)計(jì)采用情景——問題——猜想——活動——?dú)w納——應(yīng)用的模式組織教學(xué)，整個教學(xué)過程可分為三個主要的教學(xué)環(huán)節(jié)： 第一環(huán)節(jié)，通過情景、提出問題和學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，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DIS實(shí)驗(yàn)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(dá)式。 第三環(huán)節(jié)，利用動能表達(dá)式計(jì)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(fù)習(xí)舊知，設(shè)立情景。 圖片資料：生活中動能存在

11、的事例展示。 初中已經(jīng)學(xué)過：機(jī)械可以做功，是因?yàn)樗哂心芰?。能量的形式多種多樣，圖片展示的事例都是處于運(yùn)動狀態(tài)的物體對其他物體做功，這說明處于運(yùn)動狀態(tài)的物體具有能量，這種能量叫做動能。 2、提問設(shè)疑，導(dǎo)入新課。 物體由于運(yùn)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(xué)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、實(shí)驗(yàn)探究、提出猜想。 學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：擺球撞木塊。學(xué)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

12、想物體的動能與什么因素有關(guān)。 速度和質(zhì)量。 2、聯(lián)系實(shí)際，印證猜想。 分析討論：一輛水平行駛的肇事車輛撞上護(hù)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(qiáng)，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(shí)驗(yàn)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?yàn)橘|(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

13、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。 （三）定量探究。 1．學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)探究：利用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，尋找物體的動能與質(zhì)量、速度的定量關(guān)系。 （1）教師對實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、操作方法和注意事?xiàng)作簡要說明。 根據(jù)初中已經(jīng)學(xué)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）學(xué)生進(jìn)行操作、觀察、記錄、分析、

14、歸納和探討。 本實(shí)驗(yàn)采用計(jì)算機(jī)擬合曲線的技術(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(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)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）結(jié)合學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)情況，應(yīng)用展示平臺進(jìn)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Ek∝mv2。 2、創(chuàng)設(shè)情景，理論推導(dǎo)探究： 前面通過DIS實(shí)驗(yàn)，根據(jù)小車所做的功與小車動能相等的事實(shí)，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

15、叫做“活力”，并認(rèn)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(yīng)怎樣的呢？下面我們就來推導(dǎo)得出動能的精確的表達(dá)式。 書圖5-21中有一顆質(zhì)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(shè)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(yùn)動，從靜止到離開槍口，發(fā)生的位移為s，到達(dá)槍口時子彈速度為v。請同學(xué)自行推導(dǎo)出子彈到達(dá)槍口時所具有的動能Ek的大小。 由功的定義和運(yùn)動學(xué)公式有 W ＝ Fs ＝ ma ＝ mv2 因?yàn)樽訌椀膭幽艿扔诨鹚帤怏w對它所做的功，由Ek ＝ W ，可得Ek ＝ mv2 這就是物體的

16、動能與它的質(zhì)量、速度間的定量關(guān)系式，也是動能表達(dá)式。 （說明：該理論推導(dǎo)也可直接利用前DIS實(shí)驗(yàn)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(zhì)量遠(yuǎn)大于滑塊的質(zhì)量，可得小車的動能Ek ＝ m車v2。這個推導(dǎo)也可進(jìn)一步說明前面實(shí)驗(yàn)可能產(chǎn)生的誤差來源。） 3．概念鞏固，公式理解。 （1）動能是標(biāo)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(dá)式也可看出，1kg ·（m/s）2＝1kg ·（m/s2）· m＝1N · m＝1J。 （2）動能是描述物體運(yùn)動狀態(tài)的一個物理量，是一種基本

17、形式的能。 （3）動能計(jì)算公式中的v是瞬時速度，計(jì)算出來的動能是某一時刻或某一位置的動能，所以變速運(yùn)動中計(jì)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(yùn)用動能表達(dá)式計(jì)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(shè)子彈質(zhì)量50g，出膛速度可達(dá)700m/s，人加自行車的總質(zhì)量約為80kg，行駛速度10 m/s，試計(jì)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(jī)、打樁機(jī)、水輪機(jī)和風(fēng)力機(jī)等。 2．動能的危害：龍卷風(fēng)、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(jié)、布置作業(yè)。