1、動能和動能定理教學設計浙江省溫州中學 張延賜【教材分析】 動能和動能定理是普通高中課程標準實驗教科書物理必修（2）第五章第七節內容。動能定理研究的是質點的功能關系，是本章的重點。動能定理是一條適用范圍很廣的物理定理，但教材在推導這一定理時，由一個恒力做功使物體的動能變化，得出力在一個過程中所做的功等于物體在這個過程中動能的變化，然后逐步擴展到幾個力做功和變力做功的情況，這個梯度很大。為了幫助學生真正理解動能定理，我們可以設置一些具體問題，讓學生尋找物體的動能的變化與哪些力做功相對應。本節在講述動能和動能定理時，沒有把二者分開講述，而是以功能關系為線索，同時引入了動能的定義式和動能定理，這樣敘述

2、，思路簡明，能充分體現功能關系這一線索。通過本節的學習，應使學生理解動能定理的推導過程，清楚動能定理的適用條件，通過對比分析使學生體會到應用動能定理解題較牛頓運動定律與運動學公式解題的不同點：即運用動能定理解題由于不涉及物體運動過程中的加速度和時間，因此用它來處理問題有時比較方便。【學生分析】 學生在初中已學過，物體由于運動而具有的能量叫做物體的動能，物體的動能跟物體的質量和速度都有關系。 學生已掌握運用牛頓運動定律求解恒力作用下的直線運動問題，已掌握恒力功的計算。上一節課中，學生已建立“功是能量轉化的量度”這一概念。【教學目標】一、知識與技能：1正確理解動能的概念，會用動能的定義式進行計算。

3、2正確理解動能定理及其推導過程，知道動能定理的適用條件。二、過程與方法：1以生動的生活實例引入要研究的課題，激發學生研究的興趣。2運用歸納法推導動能定理的表達式。3用動能定理解決力學問題，總結用動能定理解題的步驟。 三、情感態度價值觀：通過動能定理的推導，培養學生對科學研究的興趣。 【重點難點】1正確理解動能定理是本節課的重點。2正確應用動能定理是本節課的難點。3會用動能定理解決力學問題是本節課的能力培養點。【設計思想】本節課的教學采用了導學討論的教學模式。聯系學生生活實際，創設情景，導入新課；再復習初中的演示實驗，定性地研究了物體的動能與質量和速度的關系；并以此實驗為真實物理情景，在推導動能

4、定理之前，先設計數據，通過讓學生自行計算，在做中學；再讓學生通過計算結果去猜測動能與質量與速度的定量關系，這樣更能激發學生研究的興趣；動能定理的推導也從生活實際出發，先創設真實情景，再抽象建模；除了用教師提供的物理情景，還讓學生自行創設不同的物理情景，推導動能定理，使學生在推導的過程中更深刻地理解動能定理及它的適用條件；得出動能定理后，通過兩道例題，讓學生用動能定理解決動力學問題，并概括用動能定理解題的步驟。整個教學設計遵循學生的認知規律，各教學環節環環相扣，使學生對動能的建立和理解有一個從感性到理性，從定性到定量，從特殊到一般的過程，使學生對物理概念和規律的學習不會感到突然和困難。【教學流程

5、】引入新課新課教學動能定義的猜測動能形式的推導動能定理及其適用條件動能定理的應用小結【教學過程】（一）引入新課：物體由于運動而具有的能量叫動能。用課件展示：潺潺的溪流、奔騰的駿馬、飛馳的火車，它們都具有動能。引導學生思考：動能的大小跟什么因素有關呢？（二）新課教學1、動能定義的猜測：用教學錄像復習初中做過的演示實驗：同一小車從不同的高度滑下，高度越大時小車把木塊推得越遠，對木塊做的功越多，這表明，物體的速度越大，它的動能就越大；在小車內加鉤碼，讓負重的小車從同一高度滑下，可以看到，質量大的小車把木塊推得更遠，對木塊做的功更多，這表明，物體的質量越大，它的動能就越大。讓學生思考：如何定量地表示動

6、能呢？多媒體投影：假設剛才的實驗中，從斜面上滑下的小車在加上負重前后的質量m11kg，m22kg；設小車從斜面上不同高度滑至斜面底端的速度分別為1m/s，2m/s，取小車滑到斜面底端的速度為初速度；小車在水平面上滑行時受到木塊的阻力為2N，請分別計算小車的加速度、位移、克服阻力所做的功。學生進行分組計算，自行完成下表。小車小車的質量m/kg初速度 v/m.s-1 阻力F/N小車的加速度 a/m.s-2位移S/m克服阻力的功W/J初動能EK/Jm111220.250.50.5222122m221210.511221244由此啟發學生：從表中的數據可以看出什么規律？引導學生得出：對同一小車，速度增

7、倍，克服阻力的功增加為原來的4倍，說明小車由于運動而具有的做功本領即初動能增加為原來的4倍；對速度相同小車，質量增倍，克服阻力的功增加為原來的2倍，即初動能是原來的2倍。可見，動能與質量和速度的關系可能是：EKm，EKv2。再請同學們仔細觀察表中數據，引導學生發現初動能在數值上與是相等的。再看單位，在國際單位制中，1kg.m2/s2=1N.m=1J。這說明動能也許可以寫成的形式。2、動能形式的推導：課件展示：一架飛機在牽引力的作用下，在起飛跑道上加速運動，速度越來越大。啟發提問：飛機的動能如何變化?飛機的動能變化的原因是什么? 如果不計空氣阻力，牽引力對飛機所做的功與飛機動能的變化之間有什么關

8、系? 學生討論后，明確：由于牽引力所做的功和動能變化之間的等量關系，可以根據做功的多少，來定量地確定動能。啟發學生將飛機起飛問題模型化：如圖所示，一個物體的質量為，初速度為v1，在與運動方向相同的恒力F的作用下發生一段位移s，速度增大到v2。 請學生就這一模型，根據做功的多少，來定量地確定動能。在學生推導的過程中挑選并在實物投影儀上評析：針對學生推理得到的表達式，引導學生分析概括：牽引力F所做的功等于這個物理量的變化；又據功能關系，F所做的功是物體能量的轉化的量度，所以這個量表示物體的能量。由于這個量與速度相關，在物理學中就稱為動能。提醒學生：在剛才的推導中，是以飛機起飛為物理情景，在建立物理

9、模型時還忽略了空氣阻力。引導學生思考：在空氣阻力不能忽略，或者在其它物理情景中，做功和動能是不是還有這樣的關系呢？同學分組討論，創設新的物理情景。同學可能想到的物理情景有：質量為m的物體自由下落，初速度v1=0，下落h時，速度為v2。質量為m的小車，初速度為v1，在粗糙水平面上受滑動摩擦力作用，發生一段位移s，速度減小為v2。飛機除受牽引力的作用外，還受空氣阻力，在起飛跑道上加速運動，經過一段位移s，速度從v1變為v2。請同學根據不同的物理情景分組推導，教師巡視并解決推導中的問題。學生可以推導出下列結論：情景：情景：情景：同學可能還會想到的其它物理情景： 交通工具以恒定功率起動，做變加速直線運

10、動，經過一段位移s，速度從v1變為v2。物體做曲線運動（如平拋、圓周運動），發生一段位移s，速度從v1變為v2。情景無法直接用牛頓運動定律和運動學公式推導出類似結論；情景除平拋運動外，一般的曲線運動也沒有辦法用上述方法推導出類似結論。那么，情景、情景中，類似的結論是不是還成立呢？如果成立，該如何證明呢？請同學課后研究。（可提示同學參照本章第一節閱讀材料求變力功的方法。）總結歸納：在各種物理情景中都可以推導出，合力F所做的功等于這個物理量的變化；又據功能關系，合力F所做的功等于物體動能的變化，所以就用這個量表示物體的動能。物體的動能等于物體質量與物體速度的二次方的乘積的一半。公式E；動能是標量；

11、動能的單位：焦(J)3、動能定理我們用E來表示物體的動能，那么剛才得到的表達式可以改寫為：WE2E1請學生敘述上式中各個字母所表示的物理量：W合力對物體所做的功；E2物體的末動能；E1物體的初動能。請學生用語言把上式表達式敘述出來：合力對物體所做的功等于物體動能的變化。引導學生討論：當合力對物體做正功時，物體動能如何變化？當合力對物體做負功時，物體動能又如何變化？教師強調動能定理的適用條件：動能定理既適合于恒力做功，也適合于變力做功，既適用于直線運動，也適用于曲線運動。（如果前面學生已提出情景、情景，經過前面的討論，這一適用條件的提出是順理成章的；如果前面學生沒有想到，可以直接給出這樣的適用條

12、件，并要求同學課后去證明。）4、動能定理的應用例題1：一架噴氣式飛機，質量5×103 kg，起飛過程中從靜止開始滑跑的路程為s5.3×102時，達到起飛速度60/s，在此過程中飛機受到的平均阻力是飛機重量的0.02倍(0.02)，求飛機受到的牽引力。注意：不要限制學生的解題思路；由學生解答上述問題；抽查有代表性的解法在實物投影儀上展示：解法一：以飛機為研究對象，它做勻加速直線運動受到重力、支持力、牽引力和阻力作用。F合Fkmga又02as 由和得：N=1.8×104 N解法二：以飛機為研究對象，它受到重力、支持力、牽引力和阻力作用，這四個力做的功分別為W0，W支0

13、，W牽Fs，W阻s。據動能定理得：Fs-kmgs=代入數據，解得F1.8×104 引導學生比較兩種解法，討論后得到：解法一采用牛頓運動定律和勻變速直線運動的公式求解，要假定牽引力是恒力，而實際中牽引力不一定是恒力。解法二采用動能定理求解。因為動能定理適用于變力，用它可以處理牽引力是變力的情況，這時求得的F是牽引力對位移的平均值。而且運用動能定理解題不涉及物體運動過程中的加速度和時間，因此用它來處理問題時比較方便。請同學閱讀課文例題的解答過程，概括用動能定理解題的方法和步驟：（1）選取研究對象，明確它的運動過程。（2）分析研究對象的受力情況和各力做功情況，然后求各個外力做功的代數和。（

14、3）明確物體在過程始末狀態的動能EK1和EK2。（4）列出動能定理的方程W合= EK2- EK1并求解。例題2： 將一物體從離地高h處以大小為v0的初速度拋出，求物體落地時的速度大小。設置此題的目的是讓學生進一步熟練用動能定理解題的方法和步驟，并加深對動能定理適用條件的理解。解完后，可提示學生嘗試用牛頓運動定律求解。【教學小結】1、物體的動能：E2、動能定理：W合= EK2- EK13、動能定理的應用【教學說明】1、教學方法的選擇：傳統的教學是接受式教學，如果教師在講授過程中，沒有遵循學生接受知識的心理規律，偏重于用機械的方式給學生講解教材，缺乏靈活運用各種教學環節的技巧和采用現代化教學手段，

15、就會使接受式教學變成機械教學，變成“注入式”的“滿堂灌”的教學，使學生的主體性無法體現。近幾年來的“教學創新”，倡導發現式教學，凡教學設計必談探究，不探究就成了落伍。不少教師在課堂教學中走向另一個極端，為了突顯學生的主體地位，甚至放棄自身的主導作用。其實，發現式教學也存在一些缺點，比如：發現式學習也不一定是有意義的，也可能是機械的：一切真知未必都需要自我發現，真正的知識是可以通過有意義的接受式學習獲得；解決問題能力并非教學的首要目標；發現式并不是傳授學科內容的首要方法；發現式學習太費時間。基于此，在教學設計中，試圖尋求接受式教學與發現式教學的辯證統一，尋找課堂教學的中間地帶。2、教學過程中的幾

16、點說明：（1）基于中學生的知識水平和思維特征，在教學中要注意多聯系生活實際，這樣能更好地激發學生的興趣，同時也能讓學生由此體會物理概念和規律的現實意義。本教學設計中，多處注意到這一點。（2）這節課中的演示實驗是學生初中觀察過的，屬于復習性質。在教學中，事先制作成教學錄像，既可增強實驗的可視性，又能課堂節省時間。（3）以實驗為真實物理情景，在推導動能定理之前，先設計數據，通過讓學生自行計算，在做中學。這樣的設計能使教學環節環環相扣，過渡自然，但一定要注意說明數據不是從實驗中來的，而是假想的，否則就有科學性錯誤。（4）除了用教師提供的物理情景，還讓學生自行創設不同的物理情景，推導動能定理，這樣做的目的是使學生在推導的過程中更深刻地理解動能定理及它的適用條件，而非要評價學生創設的情景孰優孰劣，所以對學生提出的物理情景要給予肯定和鼓勵。（5）讓學生自行創設物理情景，這一環節具有開放性，學生提出的物理情景具有不確定性。教學設計中充分考慮到這一特點，在這一局部內容處采用“平行”的設計方法，對其它可能的途徑作出了注釋。（6）應該使學生對動能定理的適用條件有清楚的認識，知道不論外力是否為恒力，也不論物體是否做直線運動，動能定理都成立