1、3.1 探究动能变化和做功的关系【教学目标】1.让学生通过理论分析和实验探究，经历动能定理的探究过程并理解动能定理的物理意义。2.通过动能定律的探究，认识动能的变化必须经过做功的过程，近一步加深对功的理解，以及对功、能关系的认识。从能量变化的角度认识正功和负功。3.通过学生自己设计实验方案、完成实验操作、进行数据收集和处理、归纳总结出实验结论并进行误差分析的一系列过程，从而提高学生的实验能力。【教学方法】本节课采用教师引导和学生探究相结合的方式，同时用多媒体手段辅助教学。【教学准备】1.自由落体运动或平抛运动的频闪照片（来自教材） 。2.用打点计时器研究加速运动的小车（来自验证牛顿第二定律的实
2、验） 。3.气垫导轨。【教学过程】本节课按 2 课时进行。第一课时：通过理论分析，探究动能定律，建立动能的概念。第二课时：通过实验探究动能定律。第一课时教学过程 说明【教师设疑】（展示图片）请看教材 P41 图 3-2，汽车在不变的牵引力作用下运动，以前我们是从什么角度来研究这一物理现象的？牛顿定律和运动学规律。这是不是唯一的研究方法呢？高中阶段我们还可以从能量的角度去研究。这样，我们才能全面而又深刻的揭示物理现象的内在本质。也就是说我们这一章所学有关功和能量的知识使我们能够从另一个角度研究物体运动。【教师引入课题】 （用多媒体展示三幅图片。 ）其实在初中我们就学过功和能的相关知识，请看教材
3、P46 图 3-7，你能不能从功和能的角度解释在高速公路上为什么要对汽车限速?教材 P77 图 4-29 是大型露天游乐场中的过山车，你能从能量守恒的角度来说明过山车为什么要从很高的轨道顶端释放吗？教材 P65 图 4-13 所示的是上海“轨道交通 3 号线”某车站的设计方案，这样的设计为什么能节省能源？当然实际生活中还有许多例子与功和能密切相关，从这节课开始老师将会带领大家沿着前人的足迹去探究这片未知的邻域，去揭开功和能神秘的面纱。【老师引导】展示教材 P42 图 3-3。如图所示，在平直公路上，一辆汽车在牵引力的作用下（不计阻力） ，随着位移的增大，牵引力做的功越来越大，汽车的速度越来越大
4、，汽车的动能也越来越大，那么汽车动能的变化跟牵引力做的功究竟有什么关系呢？【教师板书】探究动能变化和功的关系。【教师提问】出示幻灯片：假设有一辆质量为 m 的汽车，在不变的牵引力教学过程 说明F 的作用下行驶速度由 v1 增加到 v2，相应的行驶距离为 s。那么在此过程中，汽车的加速度多大？始末运动的速度 v1、v 2 跟加速度 a、距离 s 的关系如何？由此自己能否推导出下式：，请试一试。=222212【学生探究】 F=ma 1=22212 2由 可得 1 2 =222212 3【学生交流】请一位同学用多媒体展台演示并阐述他的分析过程。【教师提问】下面我们来讨论一下 式的物理意义。由初中知识
5、我们知道 3等式的左边是牵引力的功。那么等式右边是什么？仔细观察并谈谈你的想法。【学生讨论并交流】学生各抒己见。【教师分析归纳】大家都谈的很好。我们一起来归纳一下： 是一个以前22我们从未见过的新的物理量，他描述了汽车运动的初始、末状态，不仅与速度 v 有关还与物体的质量 m 有关。 是这个新物理量的变化，从222212整个等式来看牵引力做的功等于这个新物体质量的变化。通过以上对汽车运动现象的研究我们发现了某种规律：牵引力做的功等于一个新物理量的变化。而且牵引力做的功越多这个新物理量的变化就越大。这个新物理量是一个与物体运动有关的量，叫做物体的动能。【教师提问】那么，对于一个新的物理量一般我们
6、应该了解他的那些方面？【学生回答】定义，表达式，单位，标量还是矢量等。【学生阅读】让学生自己学习书本相关内容（教材 P42 页段标“动能 动能定理” 内容） 。【教师引导】引入动能这个新概念后， 式右边的 、 反映了什么？ 3222 212（反映了汽车初状态、末状态的动能。 ） 又反映了什么？（反映 了222212汽车从初状态到末状态的动能变化。 ）它也可以表示为 Ek2-Ek1 或E k，我们称它为汽车动能的增量。这样一来 式就可以简洁的表达为 W=E k，大家 3能不能用语言表达此式的物理意义？【学生交流】此时表明：力对物体所做的功等于物体动能的增量。【教师提问】大家应重点理解这句话中的那
7、些词那？如何理解？【学生讨论并回答】 （让学生各抒己见。 ）【教师归纳】很好，如果把各位的见解归纳一下应该有以下三点；1.力 F 不仅是动力，可以是阻力，还可以是合力，关于这点以后会专题讨论。2.大家应该注意我们引入动能的概念后对 式右边的两次演变，要注 3动能是为了便于描述规律而引入的。让学生体会粗、从到 Ek 再22到E k 这种概念的演变过程。培养学生对物理规律的物理教学过程 说明意动能和动能增量之间的区别。3.“等于”这个词的多重含义：（1）从数学角度可以理解为“ 等值”。（2 ）从物理角度可以理解为“引起“、 ”量度”，所以这个物理规律的物理意义也可以这样理解：“力对物体所做的功引起
8、物体动能的变化 ”或“物体动能的变化可以用功来量度”。【教师引导】换句话说，也就是只要物体的动能发生变化，肯定是应为力对物体做了功，并且对物体做了多少功，物体的动能就发生了多少变化，所以在物理学中这个结论叫做动能定理。但这仅是对汽车的运动推导出来的，是否具有普遍意义呢？如果是你，你该怎么做？我们可以再找几个具体的例子去验证一下。【学生探究】 （回忆以前学过的简单运动，自己试着验证。 ）【学生讨论并交流】 （请两组同学代表分别用多媒体展台演示并阐述他的分析论证过程。 ）【师生归纳总结】很好，通过大家的努力，我们看到不仅通过汽车的运动可以推导出动能定理，通过其他运动也可以得出结论，它具有普遍意义。
9、这是一条和牛顿运动定律同样重要的物理规律。当然关于它的应用我们也会在后面进行专题讨论。意义的理解能力，为今后的应用打下基础。让学生举一反三，既验证了动能定理又加深了对探究过程的理解。【师生共同小结】本节课我们学到了哪些知识？首先，我们认识到功和能的关系只是我们研究物体运动的三种角度之一。引入一个新的概念 动能（为什么而引入？）探究出一个新的规律 动能定理（他的物理意义？）更为重要的是在大家的探究过程中深刻体会到了物理学家进行理论探究的一般过程；对个别物理现象的敏锐观察 从理论上探究这个物理现象隐含的物理规律 为了便于描述规律而引入新的物理量 在一般的物理现象中多次进行推广验证 最后得到最有广泛
10、意义的科学的物理规律。例如牛顿发现万有引力定律就经历了这样的过程。【教师激励】其实，只要我们善于观察、勤于思考，再加上不懈的努力，在神圣物理殿堂中都会留下辉煌的一笔。培养学生养成勇于创新、不懈探索的科学精神。【家庭作业】实践是检验理论的唯一标准，要知道动能定理是否正确，我们应该用实验来验证，今天大家的作业就是根据以前所学的知识设计一个实验去验证动能定理。第二课时教学过程 说明【教师复习提问】回顾上节课的重要内容（略） 。【教师引入课题】举例，如法拉第电磁感应定律、开普勒行星运动规律、欧姆定律等规律的发现，都是在理论的基础上通过大量实验验证后，才被人们广泛接受的。这节课我们将应用实验来探究性的验
11、证动能定理。上节课我们布置了作业，让大家自代表己设计出验证动能定理的实验，下面我们进行分组交流。【学生讨论交流展示】 （学生已在教师的帮助下完成了上节课的作业。每组选一个代表，利用多媒体展台阐述他们的实验探究计划、所选的实验器材、实验的大致步骤等。 ）【教师点评】从两个方面点评实验：（1）可操作性。 （2）精确性。【教师引导】大家认为这个实验的误差主要来自那两个量的测量？（拉力F 和速度 v。 ）那么在以上方案中误差最小的是哪一种？（气垫导轨。 ）如果用气垫导轨来进行实验，该如何设计实验方案？先请大家考虑以下几个问题：（1）实验的具体目的是什么？（探究滑块的动能增量E k 和所受拉力做功 W
12、之间的关系。 ）为了简便，我们可以从初动能为零的情况开始研究，这样一来E k 在数值上就等于 Ek2= 。所22以，在这个实验中我们只要具体研究哪几个量之间的关系就可以了？F、 s、 之间的关系。2（2 ）在物理实验中，当我们研究多个物理量之间的关系时，我们经常采用的试验方法是什么？（控制变量法，实验中保持其他几个量不变而研究剩余两个量之间的关系。 ）那么在这个实验中我们应该怎样研究 F、s 和 m、 之间的关系呢？（控制 F 和 m 不变，研究 s 与 之间的关系；或控2 2制 s、m 不变，研究 F 与 之间的关系等。 ）2 （3 ）这样一来，实验中我们应采取那些主要步骤？（4 ）怎样设计表格来记录实验中收集到数据？【学生讨论交流展示】学生针对上述问题讨论得出具体的实验方案后分组阐述。【教师点评】教师点评并选择一组同学进行实验操作，其他同学注意指出他们实验操作中的不足，并记录测得的数据。【学生实验】一组同学分工协作完成实验。【教师引导】科学不能停留在单纯的测量和记录数据层面，必须对观测的数据进行细致的分析，才能找到事物运动的规律。那么我们以前的实验中经常采用那些方法进行数据分析？（直接验证：图像验证，例如牛顿第二定律的验证方法。 ）教材提供了一张坐标纸：（1）你应如何建立坐标轴？（ 2）对做出的图像又该如何分析？可得出怎样的结论？
