高中物理 专题7.7 动能和动能定理教学设计 新人教版必修2

高中物理专题7.7动能和动能定理教学设计新人教版必修2授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间课程基本信息1.课程名称：高中物理专题7.7动能和动能定理教学设计

2.教学年级和班级：高一年级1班

3.授课时间：2023年10月26日星期三上午第二节课

4.教学时数：1课时

🎉🎉同学们，大家好！今天咱们这节课要来学习的是高中物理中一个非常有趣且实用的专题——动能和动能定理。让我们一起走进物理的奇妙世界，感受能量转换的奥秘吧！🔍💡核心素养目标1.科学思维：理解能量守恒定律在动能和动能定理中的应用，发展学生的抽象思维和逻辑推理能力。

2.科学探究：通过实验和问题解决，提高学生设计实验、收集数据、分析和解释结果的能力。

3.科学态度与责任：培养学生对物理现象的好奇心，以及对科学探索的敬畏和责任感。

4.科学、技术、社会与环境：认识到物理知识在工程和技术中的应用，以及它们对人类社会的影响。学习者分析1.学生已经掌握的相关知识：在进入本节课之前，学生们已经学习了基本的力学知识，包括牛顿运动定律和功的概念。他们应该能够理解力和运动的关系，以及如何计算力所做的功。

2.学习兴趣、能力和学习风格：高一年级的学生对物理学科普遍持有较高的兴趣，尤其是在探索自然界规律方面。他们的学习能力较强，能够通过实验和观察来理解抽象概念。学习风格上，有的学生偏好通过实验操作来学习，有的则更倾向于通过数学推导来理解物理原理。

3.学生可能遇到的困难和挑战：部分学生可能在理解动能和动能定理的物理意义时遇到困难，因为它们涉及到能量的转换和守恒，这些概念可能比较抽象。此外，学生可能难以将动能定理应用于实际问题中，尤其是在解决复杂问题时。另外，对于一些学生来说，数学计算可能会成为难点，尤其是在处理涉及速度和加速度的复杂表达式时。因此，教学中需要通过实例分析和逐步引导来帮助学生克服这些挑战。教学方法与手段教学方法：

1.讲授法：通过生动的语言和形象的比喻，讲解动能和动能定理的基本概念和公式，帮助学生建立清晰的理论框架。

2.讨论法：组织学生围绕实际问题进行讨论，如如何应用动能定理解决实际问题，激发学生的思考和交流。

3.实验法：设计简单的实验，让学生亲自观察动能的变化，通过实验数据来验证动能定理，增强学生的实践能力。

教学手段：

1.多媒体展示：利用PPT展示动能和动能定理的推导过程，以及相关实例，使抽象概念更加直观易懂。

2.动画演示：通过动画模拟物体运动，展示动能的变化，帮助学生理解动能与速度、质量的关系。

3.互动软件：使用教学软件进行互动练习，让学生在虚拟环境中操作，加深对动能定理的理解和应用。教学流程1.导入新课

详细内容：上课伊始，我会以一个简单的物理现象引入新课，比如展示一个滑块在斜面上滑动的视频，引导学生思考滑块在滑动过程中速度和能量的变化。我会提问：“同学们，你们能观察到滑块在斜面上滑动时速度的变化吗？你们认为在这个过程中能量是如何转化的？”通过这样的提问，激发学生的好奇心，为接下来的内容做铺垫。（用时5分钟）

2.新课讲授

（1）动能概念

详细内容：我会解释动能的定义，并通过实例说明动能的计算方法。例如，展示一辆汽车在高速公路上行驶的图片，引导学生理解动能与质量和速度的关系。我会强调动能的物理意义，并给出动能公式\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)。（用时10分钟）

（2）动能定理

详细内容：接着，我会讲解动能定理的基本内容，即合外力对物体所做的功等于物体动能的变化。通过一个简单的例子，如自由落体运动，展示动能定理的应用。我会引导学生推导动能定理，并解释其含义。（用时10分钟）

（3）动能定理的应用

详细内容：最后，我会介绍动能定理在实际问题中的应用，如计算物体在碰撞中的速度变化、分析机械能守恒等问题。我会给出几个具体的例子，让学生尝试应用动能定理进行计算，巩固所学知识。（用时10分钟）

3.实践活动

（1）小组实验

详细内容：将学生分成小组，每个小组进行一个简单的实验，如测量不同质量的物体在斜面上滑动的速度，观察动能的变化。通过实验，让学生亲身体验动能定理的应用，加深理解。（用时15分钟）

（2）案例分析

详细内容：提供几个实际问题案例，让学生分析并应用动能定理解决问题。例如，分析汽车刹车过程中的动能变化，或者计算物体在碰撞中的速度。通过案例分析，提高学生的实际应用能力。（用时10分钟）

（3）课堂练习

详细内容：布置一些练习题，让学生在课堂上完成，包括计算题和选择题。通过练习，检查学生对动能和动能定理的理解程度，并及时纠正错误。（用时10分钟）

4.学生小组讨论

写3方面内容举例回答：

（1）动能与质量、速度的关系

举例回答：讨论如何通过改变质量和速度来改变动能，例如，讨论不同质量的物体在同一速度下的动能差异，或者同一质量的物体在不同速度下的动能变化。

（2）动能定理的应用场景

举例回答：讨论在哪些物理场景下动能定理是有用的，例如，讨论在碰撞问题、机械能守恒问题中的应用。

（3）动能定理的局限性

举例回答：讨论动能定理在哪些情况下不适用，例如，讨论在非弹性碰撞或存在摩擦力的情况下的动能变化。

5.总结回顾

内容：在课程结束前，我会引导学生回顾本节课的主要内容，包括动能的定义、动能定理的推导和应用。我会强调本节课的重难点，如动能定理的物理意义和应用条件。最后，我会鼓励学生在课后继续探索动能和动能定理的更多应用，并布置一些思考题作为课后作业。（用时5分钟）

总用时：45分钟知识点梳理1.动能的定义与计算

-动能是物体由于运动而具有的能量。

-动能的计算公式：\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)，其中\(m\)是物体的质量，\(v\)是物体的速度。

-动能的单位是焦耳（J）。

2.动能定理

-动能定理内容：合外力对物体所做的功等于物体动能的变化量。

-数学表达式：\(W=\DeltaE_k\)，其中\(W\)是功，\(\DeltaE_k\)是动能的变化。

-动能定理的应用条件：合外力是恒力，或者可以分解为恒力。

3.动能与功的关系

-当合外力对物体做正功时，物体的动能增加；当合外力对物体做负功时，物体的动能减少。

-功的正负取决于力和位移的方向关系。

4.动能定理在实际问题中的应用

-计算物体在碰撞过程中的速度变化。

-分析机械能守恒问题，如物体在无摩擦斜面上的运动。

-计算物体在重力作用下自由下落时的速度。

5.动能与重力势能的转换

-在没有非保守力（如摩擦力）做功的情况下，物体的动能和重力势能可以相互转换。

-转换关系：\(\DeltaE_k=-\DeltaE_p\)，其中\(\DeltaE_p\)是重力势能的变化。

-在竖直方向上的自由落体运动中，物体的动能增加的同时，重力势能减少。

6.动能与能量守恒

-在一个封闭系统中，动能和势能的总和保持不变，即机械能守恒。

-机械能守恒定律：在没有外力做功的情况下，系统的总机械能（动能+势能）保持不变。

7.动能与热能的关系

-动能可以转化为热能，特别是在摩擦或碰撞等非弹性过程中。

-转化关系：动能的减少等于转化为热能的量。

8.动能与势能的分类

-重力势能：与物体的高度和质量有关，计算公式：\(E_p=mgh\)，其中\(g\)是重力加速度。

-弹性势能：与弹簧的形变量和劲度系数有关，计算公式：\(E_p=\frac{1}{2}kx^2\)，其中\(k\)是劲度系数，\(x\)是形变量。

9.动能与实际生活中的应用

-交通工具的动能：汽车的动能与速度和质量有关，是交通法规中速度限制的基础。

-机械运动：机械运动中的动能是机械能的一部分，对机械设计有重要意义。典型例题讲解例题1：一个质量为2kg的物体以5m/s的速度在水平面上滑动，求物体的动能。

解答：根据动能的计算公式\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)，代入数据得：

\(E_k=\frac{1}{2}\times2\times5^2=\frac{1}{2}\times2\times25=25\)J

因此，物体的动能为25焦耳。

例题2：一辆汽车以30m/s的速度行驶，若汽车的质量为1500kg，求汽车动能的变化量，当汽车以60m/s的速度行驶时。

解答：首先，计算汽车以30m/s速度时的动能：

\(E_{k1}=\frac{1}{2}\times1500\times30^2=\frac{1}{2}\times1500\times900=675000\)J

然后，计算汽车以60m/s速度时的动能：

\(E_{k2}=\frac{1}{2}\times1500\times60^2=\frac{1}{2}\times1500\times3600=2700000\)J

最后，计算动能的变化量：

\(\DeltaE_k=E_{k2}-E_{k1}=2700000-675000=2025000\)J

因此，汽车动能的变化量为2025000焦耳。

例题3：一个物体在水平面上从静止开始加速，5秒后速度达到10m/s，若物体的质量为3kg，求物体所受的合外力做的功。

解答：首先，计算物体的动能变化量：

\(\DeltaE_k=\frac{1}{2}\times3\times10^2-\frac{1}{2}\times3\times0^2=\frac{1}{2}\times3\times100=150\)J

根据动能定理，合外力做的功等于动能的变化量，所以物体所受的合外力做的功为150焦耳。

例题4：一个质量为4kg的物体从高度10m处自由落下，忽略空气阻力，求物体落地时的速度。

解答：首先，计算物体在高度10m处的重力势能：

\(E_p=mgh=4\times9.8\times10=392\)J

由于忽略空气阻力，重力势能完全转化为动能，所以落地时的动能等于重力势能：

\(E_k=E_p=392\)J

根据动能的计算公式\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)，解出速度\(v\)：

\(v=\sqrt{\frac{2E_k}{m}}=\sqrt{\frac{2\times392}{4}}=\sqrt{196}=14\)m/s

因此，物体落地时的速度为14米每秒。

例题5：一辆质量为500kg的卡车以10m/s的速度行驶，刹车后5秒停止，求刹车过程中卡车所受的平均摩擦力。

解答：首先，计算卡车刹车前的动能：

\(E_{k1}=\frac{1}{2}\times500\times10^2=\frac{1}{2}\times500\times100=25000\)J

由于卡车最终停止，其动能变化量为：

\(\DeltaE_k=E_{k1}-0=25000\)J

根据动能定理，刹车过程中摩擦力做的功等于动能的变化量：

\(W=\DeltaE_k=25000\)J

摩擦力做的功可以用公式\(W=Fd\)表示，其中\(F\)是摩擦力，\(d\)是刹车距离。由于卡车从10m/s减速到0，刹车距离可以通过公式\(v^2=u^2+2as\)来计算，其中\(u\)是初速度，\(v\)是末速度，\(a\)是加速度（此处为减速度，所以取负值），\(s\)是刹车距离。

\(0=10^2+2a\timess\)

\(s=-\frac{10^2}{2a}\)

由于刹车后停止，所以\(v=0\)，\(u=10\)，\(a\)为负值（减速度），解出\(a\)：

\(a=-\frac{v^2}{2s}=-\frac{0}{2\times(-\frac{10^2}{2a})}=-\frac{0}{-100}=0\)

这显然是不合理的，因为卡车已经停止，所以我们需要重新计算刹车距离\(s\)：

\(s=\frac{v^2}{2a}\)

\(0=10^2+2a\times0\)

\(a=-\frac{v^2}{2s}\)

\(a=-\frac{10^2}{2\times0}\)

由于\(s=0\)是不可能的，我们使用刹车前后的动能变化来计算摩擦力：

\(F\timess=\DeltaE_k\)

\(F\times0=25000\)

这里我们发现，如果卡车刹车距离为0，那么摩擦力也应该是0，这是不符合实际的。实际上，我们应该使用刹车过程中的减速度来计算刹车距离：

\(s=\frac{v^2}{2a}\)

由于\(v=10\)m/s，\(a\)为减速度，我们可以使用动能定理来找到减速度：

\(\DeltaE_k=F\timess\)

\(25000=F\times\frac{v^2}{2a}\)

由于\(\DeltaE_k=0-E_{k1}=-25000\)，我们可以解出摩擦力\(F\)：

\(