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1、第4节 动能 动能定理教学过程：引入新课新课教学 实验探究 影响小球动能大小的因素有哪些?拼十年寒窗挑灯苦读不畏难；携双亲期盼背水勇战定夺魁。如果你希望成功，以恒心为良友，以经验为参谋，以小心为兄弟，以希望为哨兵。准备三个小球，其中两个质量相同，第三个质量大一些让学生回顾初中的实验。一、动能的表达式 学生(回答刚才的问题，总结实验结论)：物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大教师：那么动能与物体的质量和速度之间有什么定量的关系呢?我们来看这样一个问题 (投影展示课本例题，学生讨论解决问题，独立完成推导过程)设物体的质量为m，在与运动方向相同的恒定外力F的作用下发生一段位移L，速度由Vl增大到
2、V2，如图572所示试用牛顿运动定律和运动学公式，推导出力F对物体做功的表达式 (投影展示学生的推导过程，让学生独立完成推导过程)教师：刚才这位同学推导得很好，最好是在推导过程中加上必要的文字说明，这样就更完美了这个结论说明了什么问题呢?学生：从W= 这个式子可以看出，“”很可能是一个具有特定意义的物理量，因为这个物理量在过程终了时和过程开始时的差，正好等于力对物体做的功，所以“”就应该是我们寻找的动能的表达式 教师(鼓励)：这位同学总结得非常好，我们都要向他学习，我们在上一节课的实验探究中已经表明，力对初速度为零的物体所做的功与物体速度的平方成正比，这也印证了我们的想法。所以动能应该怎样定义
3、呢?学生：在物理学中就用这个物理量表示物体的动能，用符号Ek表示,Ek= 教师：动能是矢量还是标量? 学生：动能和所有的能量一样，是标量 教师：国际单位制中，动能的单位是什么? 学生：动能的单位和所有能量的单位一样，是焦耳，符号J 教师：1970年我国发射的第一颗人造地球卫星，质量为173 kg，运动速度为72 kms，它的动能是多大? 学生：根据计算可以得到我国发射的第一颗人造地球卫星正常运转的动能是448X109J 教师：为了比较，我们再看这样一个例子；质量为50 kg、运动速度为8ms的同学在跑步中的动能是多少? 学生：通过计算我们可以知道这位同学具有的动能是16X103J 教师：如果这
4、些能量全部转化为电能，能够使100W的灯正常工作多长时间? 学生：可以使100W的电灯正常工作16s 教师：我们知道，重力势能和弹簧的弹性势能都与相对位置有关，那么动能有没有相对性呢? 学生：动能也应该有相对性，它与参考系的选取有关。 教师：以后再研究这个问题时，如果不加以特别的说明，都是以地面为参考系来研究问题的大家再看这样一个例子：父亲和儿子一起溜冰，父亲的质量是60 kg，运动速度为5 ms，儿子的质量是30 kg，运动速度为8ms，试问父亲和儿子谁具有的动能大? 学生1：当然是父亲的动能大了 教师：你是怎样得出这个结论的呢? 学生l：质量大动能就大 学生2：根据计算，儿子的动能要大于父
5、亲的动能教师(语重心长)：我们计算问题一定不要想当然，这样很容易出现错误，一定要有根据，分析问题要全面课堂训练 1质量一定的物体( ) A.速度发生变化时，其动能一定变化B.速度发生变化时，其动能不一定变化 C.速度不变时其动能一定不变 D.动能不变时，其速度一定不变 2下列几种情况中，甲、乙两物体的动能相等的是( ) 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 参考答案1 BC 2CD二、动能定理教师：怎样求推力呢？要想求出推力，关键是先求出哪个物理量？ 学
6、生：可以通过运动学公式求出物体的加速度，再根据牛顿第二定律来求推力，要想求推力，求解加速度是关键 教师：这是牛顿运动定律中已知物体的运动情况求受力情况的习题，解决这类问题的桥梁和纽带是求解加速度 教师：如何求功呢？ 学生：可以通过功的公式 WFx 求解 教师 : 物体的初动能是零，物体的末动能如何求呢？必须求出哪个物理量？ 学生：可以先由运动学公式 vt v0at 求出物体的末速度 , 再根据动能公式 求物体的末动能 教师：通过这道题 , 请同学们观察一下合外力所做的功和物体动能的变化量之间存在什么关系？ 学生回答：近似相等 下面我们通过实验来探究一下合外力所做的功和动能的变化量之间有什么样的
7、关系 （一）、合外力做功和物体动能的变化 学生实验探究现在给大家准备了以下器材：打点计时器，一端有滑轮的光滑长木板，小车，纸带，细线，砝码，弹簧测力计，小盘，刻度尺，导线，电源，天平，重锤，铁架台，请你设计一个实验来探究合外力所做的功和动能的变化量之间的关系 实验目的：找出合外力所做的功 W 与物体动能的变化Ek之间的关系 学生设计探究实验 以水平面上的小车为研究对象，研究合外力所做的功与小车动能变化的关系，参照教材第 70 页“实验探究” 教师提问：弹簧测力计测出的拉力是物体所受的合外力吗？ 学生回答：不是，物体还受到摩擦力，测出的是拉力和摩擦力的合力 教师提问：怎样求摩擦力呢？ 学生回答：
8、因为物体所受的摩擦力为滑动摩擦力，可以利用滑动摩擦力的公式计算摩擦力 教师提问：对物体进行受力分析，我们能求出小车受到的支持力，但小车与木板间的动摩擦系数知道吗？（学生通常回答不知道）测量摩擦系数十分复杂，所以摩擦力很难求出来我们还有其他办法求合力吗？想想我们以前求匀变速直线运动的加速度时是怎么做的？ 学生回答：用平衡摩擦力的方法把木板一端垫高，利用小车重力的分力平衡摩擦力，则砝码对小车的拉力等于小车所受合力 教师：如果要寻找合外力的做功 W 与Ek之间的关系，需要知道哪些物理量？ 学生回答：由功的公式可知，需要知道物体所受的合外力 F ，物体在这段时间内发生的位移 x ，由动能的定义可知，要
9、知道物体的质量和物体在这段时间的初、末速度 v1和v2 教师：力可以怎么得到 ? 学生回答：力 F 可以用弹簧测力计直接测量 教师：物体在这段时间内发生的位移呢？ 学生回答：可以通过尺子量纸带得到 教师 : 物体的初、末速度呢？ 学生回答：利用纸带就可以求出相应点的瞬时速度，v平均 x/t(v0v2)/2 vt/2 (v0v1)/2 将其代入动能公式就可以求初、末态的动能 实验探究过程参见教材第 70 71 页教师引导学生设计数据表格，记录并处理实验数据 教师提问：从实验数据能否看出物体所受合外力做的功与物体动能变化之间的关系？是什么关系？ 学生应回答：两者近似相等 寻找两个物理量之间的关系，
10、除了直接比较之外，还可以用实验的方法 引导学生绘制Ek W 图像，寻找 W 与 Ek之间的关系 教师：排除实验误差的影响，我们从实验数据和图像中可以得出结论，合外力所做的功等于物体动能的变化，即 WEk （二）、动能定理 1内容 ：合外力所做的功等于物体动能的变化 2公式： W EkEk2Ek1用 W 表示合外力对物体做的功，用 Ek1 表示物体初态的动能，用Ek2表示物体末态的动能 3对动能定理的理解 （ 1 ）“外力” 物体受到的所有外力（ 包 括重力、弹力、摩擦力和其他力） （ 2 ）“动能变化” 当外力对物体做正功时，Ek0 ，物体的动能增加，汽车启动过程就属于这种情况 当外力对物体做
11、负功（即物体克服外力做功）时， Ek0 ，物体的动能减少，汽车刹车过程就属于这种情况 若合外力做功为零， Ek0 ，物体的动能保持不变 （三）、动能定理的应用 用多媒体出示下列例题，观看飞机起飞视频 例：一架喷气式飞机，质量 m5103kg ，起飞过程中从静止开始滑跑的路程为 x 5.3 102m 时，达到起飞的速度 v 60m/s ，在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的 0.02 倍（ k0.02 ），求飞机受到的牵引力（假设牵引力恒定） 注意：不要限制学生的解题思路 抽查有代表性的解法，在实物投影仪上展示： 解法一：以飞机为研究对象，它做匀加速直线运动受到重力、支持力、牵引力和阻力的作
12、用由牛顿第二定律有 解法二：以飞机为研究对象，它受到重力、支持力、牵引力和阻力作用，这四个力做的功分别为 WG0 ， W支0 ， W牵Fx ， W阻-kmgx ， 由动能定理得： Fx -kmgx 代入数据得： F1.8104N 教师：请同学们分析这两种解法都是运用什么规律解题的？ 学生回答：解法一是用牛顿第二定律和匀变速直线运动的公式求解的，解法二是用动能定理求解的 教师：请同学们比较一下，这两种解法有什么区别呢？哪种解法更方便？ 学生讨论比较：动能定理更有优越性 教师总结：动能定理为我们提供了牛顿运动定律之外的又一种重要的分析动力学的方法由于动能定理不涉及物体运动过程中的加速度和时间，只要
13、求对初状态与末状态进行分析，因此一般情况下，用动能定理要比牛顿第二定律方便得多 应用动能定理 解题的步骤 1明确研究对象及所研究的物理过程 2对研究对象进行受力分析，并确定各力所做的功，求出这些力所做的功的代数和 3确定始、末态的动能 ( 未知量用符号表示 ) ，根据动能定理列出方程：W Ek2Ek14求解方程，分析结果思考题如图，一质量为 2kg 的铁球从离地面 2m 处自由下落，陷入沙坑 2cm 深处，求沙子对铁球的平均阻力是多少？ 解析：选小球刚开始下落时为初状态，陷入沙坑停止时为末状态，由动能定理可知： 课堂小结这节课你学到哪些知识？你最大的收获是什么？作业人员在生产作业时必须按规定穿符合生产作业要求的工作服，袖口与腰带必须牢牢扎紧，不得穿破损工作服，以免在机器运行或设备旋转时受到伤害5
