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视频标签：动能和动能定理
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视频课题：高中物理人教版必修二动能和动能定理-浙江
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【教学设计思路】
根据课堂教学设计的基本原理，以课程标准为指导，以人民教育出版社全日制普通高中课程标准实验教科书《物理2》必修第七章第7节“动能和动能定理”为教学内容，在前期分析（包括学习需要、学习任务、学习者、学习背景分析）的基础上，制定教学目标，设计学习环境和教学策略，进行教学设计。
物理课堂教学有三条主要序线，即：与教材内容相对应的知识序，与学生学习相对应的认知序，以及与教学过程相对应的教学序，只有实现课堂教学的有序化才能保证课堂教学的有效性。在学生认知规律的基础上精心设计问题链，并通过课堂演示实验的优化，多媒体辅助教学，展开对物理规律的认知过程，力图取得“三序合一”的效果。
通过物理课堂教学，不仅让学生理解科学知识，而且要使学生掌握科学方法；不仅让学生知道世界是怎样的，更要让学生知道世界为什么是这样的；尤其重要的是，要培养学生的科学精神，提高学生的科学素养，让他们有一种通过自己的努力让这个世界变得更加美好的愿望，成为一个有创造力的人。因此，力求体现多层次目标，及教学新目标（使学生学会些什么）、教育新目标（向学生渗透些什么）、发展新目标（将来学生淡忘这堂课所学的知识后，还剩下些什么）。
【前期分析】
动能和动能定理是本章教学重点，也是整个力学的重点，《课程标准》要求通过“探究恒力做功与物体动能变化的关系来理解动能和动能定理，用动能定理解释生活和生产中的现象”。因此，在实际教学中要注重全体学生的发展，改变学科本位的观念，注重科学探究，提倡学习方式的多样化、强调过程和方法的学习，以培养学生的“创新意识、创新精神和实践能力”为根本出发点，激励学生“在教学过程中的主动学习和探究精神”，调动学生学习的主动性、积极性，促进其个性全面健康地发展和情感态度与价值观的自我体现。
在实际学习中学生对动能概念的理解较为容易，能够掌握外力对物体做的功与物体动能的变化之间的定性关系，能够理论推导它们之间的定量关系，但真正从深层次理解存在困难。在前几节的学习中，学生已经建立了一种认识，那就是某个力对物体做功一定对应着某种能量形式的变化，本节就来寻找动能的表达式。因为有前几节的基础，本节可以放手让学生自己去推理和定义动能的表达式，让学生经过感性认识到理性认识的过程，教学的起始要求不能太高，要循序渐进，从生活中众多实例出发，通过分析、感受真正体验动能定理的内涵。通过实例分析、实验设计、器材选择、动手操作、教师演示等环节，让每一位同学都积极参与课堂教学，
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每一位同学都能享受成功的喜悦。
动能定理是一条适用范围很广的物理定理，但教材在推导这一定理时，由一个恒力做功使物体的动能变化，得出力在一个过程中所做的功等于物体在这个过程中动能的变化，然后逐步扩大几个力做功和变力做功及物体做曲线运动的情况，这个梯度是很大的。为了帮助学生真正理解动能定理，我们从学习的实际出发设置了，橡皮筋弹力做功与动能变化的关系，铁锤从高处摆下与动能变化的关系这些问题，让学生寻找物体动能的变化与哪些力做功相对应从而真正理解动能定理的普适性。
高一新生对高中物理的学习方法不甚了解，针对这一点，教学中，必须采用适合学生特点的方法，调动学习积极性，简化难懂的和容易混淆的一些问题，让他们在学习过程中体会到探究的乐趣。
【教学目标】
● 知识与技能：
1．理解动能的概念
2．知道动能的符号、单位和表达式，会根据动能的表达式计算物体的动能. 3．能从牛顿第二定律与运动学公式推导出动能定理，理解动能定理的物理意义. 4．知道动能定理的适用范围。
●过程与方法：
1．经历实验分析与理论推理相结合的探究过程，知道归纳法及其在科学探究中的应用 2．知道归纳演绎在科学探究中的应用，培养学生演绎推理和归纳的能力
● 情感态度价值观：
1．利用讨论交流与合作学习，增强团结协作的科学精神，领略物理学科研究的方法和意义。2．经历动手实验、理论推理，大胆质疑、深入探究，养成科学思维习惯。
【教学重难点】
● 重点：理解动能定理的内涵及其使用条件。
● 难点：动能定理在变力、曲线运动中成立的推理过程。
【教具准备】
自制破拆铁锤模型（含轻重不同的铁球2个），泡沫小房子。
【教学过程】
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1．课题引入
学生观看两段视频剪辑。
问：为何子弹和铁锤破坏力那么强？大家能用能量的角度来说明吗？ 引导学生提出动能。 问：什么是动能？
引导学生回答出“物体由于运动而具有的能量叫做动能。” 问：动能大小与什么有关呢？
引导学生学生猜测动能可能和物体的速度，质量有关！ 2．实验探究
引导学生讨论交流，根据控制变量的方法和实际可操作性得出探究方案。 学生演示，教师从旁协助。
(1) 通过改变小球高度来改变速度，观察小球撞击房子，探究动能与速度的关系。 (2)通过改变小球质量，观察小球撞击房子，探究动能与质量的关系。
(3)师生总结：小球动能与其速度、质量有关。速度越大，动能越大；质量越大，动能越大； 问：动能大小与速度、质量存在着怎样的定量关系呢？
用密立根的话做引，用做功与能量的关系为线索，尝试将实际问题抽象成物理模型，通过理论分析探究背后规律。 3．理论探究
引导学生分析出做功与物体受力有关，而力能使物体产生加速度，经过一段距离的积累后使速度发生改变。而动能又与速度有关。从而尝试给出简单的在恒力F作用下物体做匀变速直线运动的例子。
(1)恒力做功的推导 W=F·l F=ma
𝒗𝟐𝟐−𝒗𝟏𝟐
=𝟐𝒂𝒍
⇒𝑾=
𝟏𝟐𝒎𝒗𝟐𝟐−𝟏𝟐
𝒎𝒗𝟏𝟐
引导学生分析出等式右侧表达式𝟏
𝟐𝒎𝒗𝟐𝟐、𝟏
𝟐𝒎𝒗𝟏𝟐的差对应着左侧力F的功，那么这个𝟏
𝟐𝒎𝒗
𝟐
应该是某种能量。而这种能量与物体的瞬时速度v 有关，与物体的质量m有关，不正是我们苦苦寻找的动能吗！
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分享成功的喜悦！总结动能的特点。
动能表达式：𝑬𝒌=𝟏
𝟐𝒎𝒗𝟐 单位：焦耳（J） 动能是状态量 动能是标量
具有相对性，但高中选择地面参考系。（例举飞行员抓子弹和飞鸟撞碎飞机挡风玻璃） 引导学生分析等式的意义，学生经过讨论后得出：力F做的功，等于动能的变化。 问：在这个例子中，物体受重力，支持力和F的作用，但只有一个力F做了功，如果做功的力不止一个呢，还有这样的结论吗？如果有，那这里的功又是什么力的功？
给出稍微复杂一点的情景，有恒力F和阻力共同做功的匀变速直线运动的例子。
让学生主动推导出关系式：𝑾=𝟏
𝟐𝒎𝒗𝟐𝟐−𝟏
𝟐𝒎𝒗𝟏𝟐
引导学生归纳出：功为合力的功。
总结归纳出等式的物理意义，给出动能定理的内容。
动能定理：合力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。
表达式：𝑾=𝟏
𝟐
𝒎𝒗𝟐𝟐−𝟏
𝟐
𝒎𝒗𝟏𝟐、𝑾合=𝑬𝒌𝟐−𝑬𝒌𝟏、𝑾合=∆𝑬𝒌
引导学生讨论如何增加（或减小）物体速度，其本质为通过合力做功，改变动能。 得到动能定理得内涵：
合力做功是引起物体动能变化的原因．
如果合力对物体做正功，物体的动能增加；如果合力对物体做负功，物体的动能减少；如果合力对物体不做功，物体的动能不变．
根据定理推理使用的限制条件得出其适用范围1：恒力作用下的直线运动 问：现实情况物体受变力作用更为普遍，动能定理不能用在变力作用吗？
引导学生分析之前所做的实验，分析出弹力做功与速度平方成正比中，与速度平方关联的物理量应该就是动能，而做功的弹力就是一个变力。 (2)橡皮筋弹力做功的思考
引导学生尝试通过将位移无限细分后，在每一微元段内弹力可视作恒力，则该段下物体受恒力作用做直线运动，符合动能定理得使用条件，可以使用动能定理分析。
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得出其适用范围2：变力作用下的直线运动
问：现实情况物体受力作用做曲线运动的更多，动能定理能不能用在曲线运动中吗？ 开头处的破拆锤撞击汽车就是实例，我们一起来分析，看看能不能解决。 (3)铁锤摆下动能的来源
引导学生采用类似方法分析推理，最终得出结论。
得出其适用范围3：变力作用下的曲线运动 4．综合应用
质量为50 kg的游泳运动员，从离水10 m高的跳台上以4 m/s的速度跳出。（g取10m/s2）求：
①若不计空气阻力，运动员入水时的速度是多少？
②若该运动员落水时速度为13 m/s，则他克服空气阻力做了多少功？ 学生自主分析解决问题，强化动能定理的适用条件。
及时补充③运动员起跳时做了多少功？（重心高度变化忽略不计）
让学生了解动能定理还能用在更复杂的瞬时作用，对象非质点的情况中。 5．课堂小结
运动的物体具有动能，动能的变化取决于合力做功。在涉及只关注某过程的初、末状态，
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不需考虑过程细节，尤其是求变力功、曲线运动、多过程、瞬间过程使用动能定理更有优势！
指出动能定理的局限性，留给学生思考探索的空间。
【教学流程图】
见附录一
【形成性练习】
1．改变汽车的质量和速度，都可能使汽车的动能发生改变，在下列几种情形下，汽车的动能各是原来的几倍。
A．质量不变，速度增大到原来的2倍。 B．速度不变，质量增大到原来的2倍。 C．质量减半，速度增大到原来的4倍。 D．速度减半，质量增大到原来的4倍。
2．把一辆汽车的速度从10 km/h加速到20 km/h，或者从50 km/h加速到60 km/h，哪种情况做的功比较多？通过计算说明。
3．质量是2 g的子弹，以300 m/s的速度射入厚度是5 cm的木板，射穿后的速度是100 m/s。子弹射穿木板的过程中受到的平均阻力是多大？你对题目中所说的“平均”一词有什么认识？
4．运动员把质量是500 g的足球踢出后，某人观察它在空中的飞行情况，估计上升的最大高度是10 m，在最高点的速度为20 m/s。请你根据这个估计，计算运动员踢球时对足球做的功。
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