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2019-2020年高中物理 31探究動能變化跟功的關(guān)系教案 滬科版必修2 教學(xué)目標(biāo)： 1、知識與技能 ①掌握動能的概念和動能定理 ②會利用實驗探究外力做功與動能的變化關(guān)系 ③理解正功和負(fù)功的概念 2、過程與方法 ①讓學(xué)生理解探究學(xué)習(xí)的一般程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生的分析推理能力。 ②培養(yǎng)學(xué)生實驗和理論探究驗證物理規(guī)律的能力 3、情感態(tài)度與價值觀 在學(xué)生討論與交流的基礎(chǔ)上組織學(xué)生進行探究性實驗，通過實際操作、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理等培養(yǎng)學(xué)生交流合作、分析評價探究結(jié)果的能力，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。 教學(xué)重點: 建立動能的概念，實驗探究外力做功與物體動能變化的定量關(guān)系，為理論推導(dǎo)動能定理奠定實驗基礎(chǔ)。 教學(xué)難點: 實驗探究外力（重力）做功與物體動能變化的定量關(guān)系 教學(xué)方法： 理論和實驗雙向探究式教學(xué) 教學(xué)媒體: 有關(guān)汽車起動、加速、減速、剎車等汽車行駛的圖片或多媒體演示的電腦；電火花式打點計時器、紙帶、重錘、刻度尺 教材分析： 動能變化與功的關(guān)系是對動能定理初步研究的結(jié)論，也是《動能的變化與機械功》整章的前期準(zhǔn)備。先從大量的汽車行駛中的有關(guān)現(xiàn)象入手，得出必須研究動能變化與功的關(guān)系從而引入課題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究的欲望；再通過理論研究汽車動能的變化過程分析推理論證得出動能、動能的增量、功的概念和定義，以及它們之間的關(guān)系，從而得出動能定理，培養(yǎng)學(xué)生的分析推理能力；通過實驗探究驗證恒力做功與物體的動能變化的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)實驗的探究活動；最后通過案例分析加深對動能定理的理解和初步應(yīng)用，能用動能定理去分析解決限制車速的實際問題。著重引導(dǎo)學(xué)生通過分析論證和實驗探究得出動能的變化與功的關(guān)系，并進行理解和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力和創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識。 學(xué)情分析 在初中已知的功的概念的基礎(chǔ)上，通過直接給出動能的表達(dá)式，得出動能定理，初步體現(xiàn)出功是能量變化的量度這一觀點；再由動能定理出發(fā)，深化功的內(nèi)涵，包括功的普遍公式、正功、負(fù)功、變力做功、功率及其在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用等，整體上是循環(huán)上升式的編排，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和科學(xué)探究要求。本著科學(xué)探究的學(xué)習(xí)與科學(xué)知識的學(xué)習(xí)一樣，都要遵循循序漸進的原則，本節(jié)安排的探究實驗“恒力做功與物體動能變化的關(guān)系”，探究的問題可由學(xué)生自己提出，根據(jù)手頭實驗器材設(shè)計實驗，這樣的設(shè)計是根據(jù)高一學(xué)生的心理點和認(rèn)知水平?jīng)Q定的。 教學(xué)思路： 　　本節(jié)課采用的是理論和實驗雙向探究式教學(xué)，探究活動的五個步驟：“創(chuàng)設(shè)情景”，“提出問題”，“猜想假設(shè)”，“實驗驗證”，“得出結(jié)論”。在實際教學(xué)應(yīng)用中不必按部就班每個環(huán)節(jié)必不可少，可以按照實際情況作取舍，或由教師來完成。鑒于高一學(xué)生具備一定的物理基礎(chǔ)，教學(xué)過程中應(yīng)特別重視物理實驗設(shè)計，發(fā)揮其應(yīng)有的功能，引導(dǎo)學(xué)生參與探究過程，讓學(xué)生通過有趣的、與實際生活緊密相連的探究活動，在學(xué)習(xí)物理知識的同時，培養(yǎng)觀察能力、探究物理規(guī)律的能力和運用物理規(guī)律解釋物理現(xiàn)象的能力。教學(xué)中還應(yīng)注意結(jié)合本地實際情況，加強與實際的聯(lián)系，使學(xué)生加強對生活中科學(xué)、技術(shù)的理解，獲得更多的實際知識，以適應(yīng)現(xiàn)代化的生活，對科學(xué)學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣 教學(xué)過程: 一、設(shè)置情景，引入新課 圖片或多媒體展示：汽車行駛中的起動、加速、減速、剎車等運動情況，讓學(xué)生體驗和再現(xiàn)現(xiàn)實生活中發(fā)生的實際問題。 提出問題：汽車的速度發(fā)生變化，動能也發(fā)生變化，汽車的動能發(fā)生變化跟牽引力和行駛的距離有什么關(guān)系？ 設(shè)計說明：通過圖片或多媒體展示、教師設(shè)問的方式引入新課，能夠貼近學(xué)生的思維實際，使學(xué)生從生活走向物理，并激發(fā)其學(xué)習(xí)的興趣和探究的欲望。 二、理論探求新知-----動能和動能定理 教師引導(dǎo)學(xué)生建模型：建立汽車在不變的牽引力作用下運動的模型和物理圖景，設(shè)定運動和力的相關(guān)物理量。 學(xué)生活動：利用牛頓第二定律和運動學(xué)規(guī)律，分析汽車動能變化的過程。 整理并得出： 提出問題：你能分析上式的物理意義嗎？ ①Fs的物理意義是什么？ ②右邊的又是表明什么物理意義呢？ 設(shè)計說明：培養(yǎng)學(xué)生利用物理模型和現(xiàn)有的物理規(guī)律進行理論分析推理的能力 解決問題：分析理解上式各部分的物理意義。 ①Fs是牽引力的功 ②右邊的兩項跟汽車的質(zhì)量和速度有關(guān)―――動能。 得出結(jié)論： 1、 動能：物體由于運動具有的能量叫動能。 ①(單位：焦耳J1J=1kg?m/s2) ②動能與功一樣，也是標(biāo)量，不受速度方向的影響。 ③一個物體處于某確定運動狀態(tài)，它的動能就對應(yīng)于某一確定值，因此動能是狀態(tài)量。 2、 動能的增量：一個過程的末動能減初動能 深化理解：1、試比較下列每種情況下，甲、乙兩物體的動能：（除下列點外，其他情況相同） ①物體甲的速度是乙的兩倍； ②物體甲向北運動，乙向南運動； ③物體甲做直線運動，乙做曲線運動； ④物體甲的質(zhì)量是乙的一半。 2、回答課本上的思考題（P42） 3、動能定理：力對物體所做的功等于物體動能的增量。即 4、動能定理的物理意義：物體的動能變化可以用功來量度；動能定理是具有普遍意義的重要物理規(guī)律。 深化理解：過程量和狀態(tài)量 功是力對物體作用的過程量，對應(yīng)的是一段時間和位移。動能是跟物體運動有關(guān)的狀態(tài)量，對應(yīng)的是某個時刻和位置。 設(shè)計說明：引導(dǎo)學(xué)生對分析推理的結(jié)論進行總結(jié)，加強理解，培養(yǎng)學(xué)生對物理規(guī)律的分析推導(dǎo)總結(jié)理解的能力 三、實驗探求驗證――恒力做功和物體動能變化的關(guān)系 為了研究方便，我們以自由落體運動中的重力做功為例，研究重力所做的功與物體動能改變量之間的定量關(guān)系。 提出問題：你能否根據(jù)已有的知識和利用下面提供的器材設(shè)計一個實驗，探究一下重力所做的功與動能的變化量的關(guān)系，并以此來驗證動能定理？ 提供的器材有：電火花式打點計時器、紙帶、重錘、刻度尺。 ②需要測量和記錄哪些數(shù)據(jù)？請設(shè)計一個記錄實驗數(shù)據(jù)的表格。 ③如何利用實驗數(shù)據(jù)計算重力所做的功和動能的變化量？ ④如何正確處理實驗數(shù)據(jù)？請設(shè)計一個數(shù)據(jù)處理結(jié)果的表格。 ⑧請發(fā)揮你的想象猜測一下實驗的結(jié)果是什么？ 實驗探究：外力（重力）對物體所做的功與物體動能的變化關(guān)系 請同學(xué)們根據(jù)已有的知識，結(jié)合提供的實驗器材，在小組討論的基礎(chǔ)上，寫出你們的實驗方案。討論時請圍繞下列問題進行： １、如何設(shè)計實驗方案？為什么這樣設(shè)計？（實驗結(jié)束后叫學(xué)生上臺演示其實驗操作過程） 師生探討：如圖所示，將打點計時器側(cè)放于桌面上，使限位孔伸出桌面外，將夾有重錘的紙帶從下向上穿過限位孔，用一手壓住打點計時器，另一手提住紙帶的上端，使紙帶豎直，重錘緊靠在下邊的限位孔處，先開啟電源使打點計時器工作，然后放手使紙帶在重錘的帶動下自由下落，結(jié)果打點計時器在紙帶上打下一系列點，利用打了點的紙帶來計算重力所做的功與動能變化量的定量關(guān)系。 ２、如何計算重力所做的功和動能的變化量？ 師生探討：在紙帶上取兩個合適的點（如下圖中紙帶上的B點和E點），用刻度尺測出這兩點間的距離，根據(jù)功的定義可知：，采用求平均速度的方法求出打點計時器打B、E兩點時，重錘的速度vB和vE，再根據(jù)動能的計算式計算打B、E兩點時的動能及其動能的差值。 ３、需要測量和記錄哪些實驗數(shù)據(jù)？（實驗后由學(xué)生用圖示方式板書出來） ４、如何設(shè)計記錄數(shù)據(jù)的表格？（學(xué)生板書并填入實驗記錄的數(shù)據(jù)） SBE SAC SDF tAC tDF ５、操作實驗，測量和記錄實驗數(shù)據(jù)。（教師巡回指導(dǎo)） ６、如何正確處理實驗數(shù)據(jù)？ ①表格處理數(shù)據(jù)（學(xué)生板書并填入數(shù)據(jù)處理結(jié)果） ②圖像處理數(shù)據(jù)（學(xué)生板書并作出圖像） 比較觀察得出實驗結(jié)論： 學(xué)生活動：通過數(shù)據(jù)處理可知：重力所做的功與物體動能的改變量在誤差允許的范圍內(nèi)是相等的。 定理的驗證：合外力對物體所做的功等于物體動能的增量。即： 實驗評估： 學(xué)生實驗中好的方面和錯的或有待改進的地方，進行評估。 ①在你的實驗中，主要誤差是什么？你是如何減少誤差的？ ②你認(rèn)為如何改進，可以使你的實驗更好一些？ 合作與交流 與同學(xué)交流討論，了解他們制定的探究計劃和設(shè)計的實驗方案，了解有那些地方是值得你學(xué)習(xí)的。 完成一份實驗探究報告。 設(shè)計說明：讓學(xué)生了解探究學(xué)習(xí)的一般程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生實驗探究驗證物理規(guī)律的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和創(chuàng)作性思維。 深化理解：正功和負(fù)功 對動能定理的分析可知，動能的增量是正值，力對物體做的功是正值，就說力對物體做正功；動能的增量是負(fù)值，力對物體做的功是負(fù)值，就說力對物體做負(fù)功。 1、結(jié)論：正功使物體的動能增加，負(fù)功使物體的動能減少。 2、提問：在汽車起動、加速、減速、剎車的各個過程中，分別有哪些力對汽車做功？哪些力對汽車做正功？哪些力對汽車做負(fù)功？ 3、拓展：物體在粗糙的斜面上下滑時各力做功的情況分析，特別要說清各力做正功和做負(fù)功的情況。 案例分析： 一顆質(zhì)量是40g的子彈以100m/s的速度瞬間擊穿一個蘋果，子彈穿過蘋果后，速度降為60m/s。問子彈擊穿蘋果前后的動能變化是多少？蘋果對子彈做了多少功？ [分析思路]①對象：子彈 ②過程：在子彈擊穿蘋果的過程中 ③狀態(tài)：取擊穿前后的兩個狀態(tài)為研究狀態(tài) ④用動能定理立式求解： [解答]已知子彈m=40g=4.010-2kg ,初速v1=100m/s 末速v2=60m/s，由動能定理可知蘋果對子彈做的功為 代入數(shù)值得W=－128J。 負(fù)號表示蘋果對子彈做負(fù)功，使子彈的動能減少。 設(shè)計說明：強調(diào)分析思路和規(guī)范解題；進一步加深對正功和負(fù)功的物理意義的理解；不宜舉例過難過復(fù)雜的題目 STS：公路上為什么要限制車速？ 指導(dǎo)學(xué)生閱讀理解車輛碰撞時損壞的程度和事故的嚴(yán)重性跟碰撞前車輛的動能大小有關(guān)，而車輛的動能取決于車輛的質(zhì)量和速度的平方。質(zhì)量大的速度小，質(zhì)量小的速度可以大些。 設(shè)計說明：培養(yǎng)學(xué)生了解實際問題，解決實際問題的能力。 家庭作業(yè)與活動：①課本P45 ②上網(wǎng)查閱有關(guān)資料，加深用動能定理解決問題的意識。 教學(xué)反思： “探究型教學(xué)法”是力圖在學(xué)習(xí)知識的同時發(fā)展學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力，為學(xué)生的智能鍛煉與開發(fā)創(chuàng)造良好條件。 在實際操作中，由于學(xué)生個體存在差異，學(xué)生設(shè)計的實驗方案不夠完美，甚至是錯誤的，但由于每個學(xué)生都積極參與了建立物理規(guī)律的全過程，付出過艱辛的勞動，所以同學(xué)們對整個過程十分熟悉，感到自然真切，對所得結(jié)論理解透徹，記憶持久，運用自如，尤其是變被動地接受知識為主動去探究新知，其興趣、注意力和科學(xué)態(tài)度就在無意識中大大增強 板書設(shè)計： ３．１探究動能變化跟功的關(guān)系 一、 理論探求新知-----動能和動能定理 利用牛頓第二定律和運動學(xué)規(guī)律推導(dǎo) １．動能：物體由于運動具有的能量叫動能。 ①(單位：焦耳J1J=1kg?m/s2) ②動能與功都是是標(biāo)量 ③動能是狀態(tài)量，功是過程量 ２．動能的增量：一個過程的末動能減初動能 ３．動能定理：力對物體所做的功等于物體動能的增量。即 二、實驗探求驗證――恒力做功和物體動能變化的關(guān)系 深化理解：正功和負(fù)功