1.3 动能和动能定理 教学设计 -2024-2025学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册

§1.3 动能和动能定理 一、教学目标与核心素养： 1、物理观念 理解动能的内涵，能用动能定理分析解释生产生活中的相关现象，解决一些相关的实际问题。 2、科学思维 能利用动能定理解决动力学问题和变力做功问题。 3、科学探究 能通过理论推导得出动能定理的内容。 4、科学态度与责任 通过对动能和动能定理的演绎推理，使学生从中领略到物理等自然科学中所蕴含的严谨的逻辑关系，有较强的学习和研究物理的兴趣。 二、教学重点 能科学探究功与动能变化的关系，借助牛顿第二定律，推到出动能定理。 三、教学难点 会用动能定理处理有关实际问题，特别是动能定理在变力做功和曲线运动中的应用，领会运用动能定理解题的优越性。 四、教学方法： 　　讨论、合作探究 五、课时安排： 　　三课时 六、教学仪器： 　　多媒体课件、动能势能演示仪 七、教学环节： （一）引入新课： 风力发电是一种重要的节能方法，风力发电的效率与哪些因素有关？ 龙卷风具有巨大的能量，可以拔起大树、掀翻汽车、 摧毁房屋。龙卷风具有的能量是什么能？这种能与哪些因素有关？ （图片引入“动能”） （二）新课教学： 一、动能 1、定义：物体因为运动而具有的能量称为动能。 投出的篮球 奔驰中的汽车 发射出的火箭 （展示生产生活中利用动能的实例，既贴近生活又加深学生对动能这一抽象概念的理解） 思考：动能的大小与什么有关？ （通过小实验来体验影响动能大小的因素，让学生对影响动能大小的因素有个定性的认识） 过程介绍：从某一高度由静止释放的小球去碰撞静止在水平桌面上 的物块，木块被撞击后开始运动，最终停下来。木块撞 击后运动的距离反映小球在水平桌面上的动能大小。 （分析实验现象，得出实验结论） 甲：质量不同的小球从同一高度释放 乙：同一小球从不同高度释放。 结论：速度一定时，质量越大，动能就越大；质量一定时，速度越大，动能就越大。 由以上实验可以看出，物体的质量m越大，速度v越大，动能也就越大。 2、动能表达式： 3、单位是焦耳（J） 4、说明： ①动能是标量，只有大小没有方向。 ②动能只有正值，没有负值。 ③动能是状态量，具有瞬时性。 ④动能具有相对性。一般选地面为参考系. 随堂小练： 1、关于动能的理解，下列说法正确的是（ BCD ） A．动能不变的物体，一定处于平衡状态 B．动能不可能是负的 C．一定质量的物体，动能变化时，速度一定变化；但速度变化时，动能不一定变化 D．物体的加速度为零，其动能不变 2、下列几种情况中，甲、乙两物体的动能相等的是( CD ) A．甲的速度是乙的2倍，乙的质量是甲的2倍 B．甲的质量是乙的2倍，乙的速度是甲的2倍 C．甲的质量是乙的4倍，乙的速度是甲的2倍 D．质量相同，速度大小也相同，但甲向东运动，乙向西运动 二、恒力做功与动能改变的关系 碰撞过程中，小球对木块做功， 碰撞过程中，保龄球克服球瓶阻力做功，木块的动能从无到有。 保龄球动能减少。 思考：做功与动能的改变之间什么关系？（引出接下来的探究实验） 1、实验目的：恒力做功与动能变化的关系 （实验开始前，先思考以下三个问题） 问题一：这个实验要测量那些物理量？ 作用于物体的力、物体的位移、物体的质量及速度。 问题二：如何测得这些物理量？ 用打点计时器测速度和位移，用天平测质量，用钩码给小车提供作用力。 问题三：如何设计实验方案？ 类比“探究加速度与力、质量的关系”实验 2、实验器材：打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小盘和砝码，细绳，低压交流电源，导线，天平，刻度尺 3、实验思路：小车在砝码的拉动下由静止开始运动的过程中，小车的合外力（即拉力）对小车做功，小车动能增加,利用打点计时器记录它的运动情况。分析纸带的点迹的分布，计算出纸带上某两点的瞬时速度及对应的动能。比较合外力做功W合和动能变化ΔEK 的关系 小车：研究对象，可用天平称其质量M 打点计时器：测量小车运动过程中的速度. 砝码盘和砝码：重力mg提供拉力 思考：如何使小车的合力等于钩码的重力？（平衡摩擦力） 当M >>m时，可近似认为小车所受的拉力F等于mg. 4、实验步骤： ①用天平测出小车的质量M，小盘和砝码的总质量m，把数值记录下来. ②按如图所示把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在车上，即不给小车施加牵引力. ③平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板。反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态，这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡. ④把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码。 ⑤保持的质量不变，在小盘里放入适量的砝码，把小盘和砝码的总质量m′记录下来，重复步骤4.在小桶内再放入适量砝码，记录下小盘和砝码的总质量m″，再重复步骤4，得到三条纸带. ⑥在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点,测量计数点A、C间的距离，算出计数点的速度. 5、数据处理： 实验数据 实验次数 vA vC EkA EkC W 第一次 第二次 第三次 6、实验结论：合外力做的功等于动能的变化。 三、动能定理 思考：事实真是这样么？能否进行理论推导？ 理论推导： 如图示，质量为m的物体，在一恒定拉力F 作用下，以速度v1 开始在水平面上运动。经过位移 s 后，速度达到v2，已知物体与水平面的摩擦力恒为f。试寻求这个过程中合力做的功与v1、v2的关系？ 根据牛顿第二定律 由运动学公式： 把F和s的表达式代入 得： 1、内容：合外力对物体所做的功等于物体动能的改变。 2、表达式：或 3、对定理的理解： ①合外力做功的两种求法： 合外力对物体做正功，物体的动能增大； ②功能关系： 合外力对物体做负功，物体的动能减小； 合外力做功是物体动能改变的量度； 既适用于直线运动，也适用于曲线运动， ③适用对象： 既适用于恒力做功，也适用于变力做功， 既适用于单个物体，也适用于一个系统。 四、动能定理的应用 例1：汽车以速度v=10m/s在水平路面上行驶，车与路面的动摩擦因数μ 为0.4，问汽车 关闭发动机后还能运动多远？（即刹车距离s） 解法一：运用牛顿运动第二定律+ 解法二：运用动能定理解题 运动学公式求解 对物体进行受力分析如图所示， 对物体进行受力分析如图所示， G N f 根据动能定理得： 联立解得： 解得： 例题小结：此类问题，牛顿定律和动能定理都适用，但动能定理更简洁明了。 思考：动能定理的优点在哪里呢? 1、动能定理不涉及运动过程中的加速度和时间，用它来处理问题要比牛顿定律方便。 2、动能定理能够解决变力做功和曲线运动问题，而牛顿运动解决这样一类问题非常困难。 例2：某同学从高为h 处以速度v0 水平抛出一个铅球，求铅球落地时速度大小。 利用动能定理解决曲线运动问题 例3：一质量为m的小球，用长为L的轻绳悬挂于天花板上，小球在水平力F的作用下，从最低点P点缓慢地移到Q点，此时绳子转过了θ角，如图所示，则力F做的功为（ B　） A．mgLcosθ 　　　　　B．mgL(1－cosθ) C．FLsinθ 　　　　　　D．FLcosθ 解析：h= L(1－cosθ)； WG= － mgL(1－cosθ)； 根据动能定理 WF＋ WG = 0－0 所以，WF= － WG = mgL(1－cosθ) 利用动能定理解决变力做功问题 总结：用动能定理解题的一般步骤： ① 确定研究对象和研究过程。 ② 分析物理过程，分析研究对象在运动过程中的受力情况，画受力示意图，及过程状态草图，明确各力做功情况，即是否做功，是正功还是负功。 ③ 找出研究过程中物体的初、末状态的动能（或动能的变化量） ④ 根据动能定理建立方程，代入数据求解，对结果进行分析、说明或讨论。 例4：一辆汽车以v1=60km/h的速度行驶，司机突然发现在前方约s=30m处有一包东西，马上紧急刹车。设司机的反应时间t1=0.75s,刹车汽车与地面间的动摩擦因数µ=0.75，求汽车到达这包东西所在处的速度. 解：由题意，汽车t1内的位移： 所以从开始刹车处到到达这包东西的位移： 由动能定理得： 所以汽车到达这包东西所在处的速度v2为： （三）课堂小结： 本节我们学习了动能和动能定理，重点是动能定理，难点是如何正确认识合力做功等于物体动能的增量。 动能定理是力学中的一条重要规律，经常用来解决有关的力学问题，由于动能定理不涉及物体运动过程中的加速度和时间，因此应用动能定理解题往往非常方便。 （四）课堂练习： 1．下列说法正确的是（ BD ） A．合力对物体做的功越多，物体的动能就越大 B．外力对物体做功的代数和等于物体末动能与初动能之差 C．物体运动过程中所受的合力不为零，则它的动能一定变化 D．物体运动过程中所受的合力不为零，则它的速度一定变化 2．一个小球从高处自由落下，则小球在下落过程中的动能( AD ) A．与它下落的距离成正比 B．与它下落距离的平方成正比 C．与它运动的时间成正比 D．与它运动时间的平方成正比 3．平直公路上，汽车由静止开始做匀加速运动，当速度达到某一值时，立即关闭发动机后滑行至停止，其v－t图像如图所示.汽车牵引力为F，运动过程中所受的摩擦阻力恒为f， 全过程中牵引力所做的功为W1，克服摩擦阻力所做的功为W2，则下列关系中正确的是 ( BC ) A．F：f=1:3 B．F：f=4:1 C．W1：W2=1:1 D．W1：W2=1:3 4．一质量为1kg的物体被人用手由静止向上提升1m，这时物体的速度是2 m/s，则下列说法正确的是（ ACD ） A．手对物体做功12J B．合外力对物体做功12J C．合外力对物体做功2J D．物体克服重力做功10J 5．如图所示，一钢珠从高出地面H米处由静止 自由落下，不考虑空气阻力，落至沙坑后并 深入沙坑h深处停止，若球的质量为m，求钢 珠在沙坑中受到的平均阻力。 （） （五）课外作业： P17　1、2、3 （六）板书设计： §1.3　动能的改变 一、动能 1、定义：物体由于运动而具有的能量叫做动能。 2、表达式： 3、单位：焦耳（J） 二、动能定理 1、内容：合力所做的功等于物体动能的变化。 2、表达式：或 3、应用 八、课堂教学反思： 动能和动能定理－1 学科网（北京）股份有限公司 $$