河北省网络研修-高中物理动能定理教学设计及案例评析《探究外力做功与物体动能变化的关系》教学设计

高中物理“动能定理”教学及评析《探究外力做功与物体 动能变化的关系》教学设计 一、教材分析: 《探究外力做功与物体动能变化的关系》是高一物理必修2第四章《机械能和能源》第三节的内容,是本章教学重点之一,也是整个力学的重点内容。本节内容具有承前启后的作用,通过本节内容的学习,既深化了对功的概念的理解,使学生对“功是能量转化的量度”有了进一步的理解,拓展了求功的思路,也为机械能守恒定律的学习打下了基础,并为用功能关系处理问题打开了思维通道。《新课程标准》要求“探究恒力做功与动能变化的关系,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,注重科学探究,采用多样化的教学方式,强调过程和的学习。 二、学情分析: 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。因为有前几节的基础,本节可以放手让学生自己去推导动能的表达式。让学生经过从感性认识到理性认识的过程,教学的过程中要求不能太高,要循序渐进,从生活中的众多实例出发,通过分析、感受真正体验动能定理的内涵。让每一位同学都积极参与课堂教学,每一位同学都能享受成功的喜悦。 三、教学目标: 知识与技能: 1、知道外力对物体做功可以改变物体的动能; 2、理解动能定理,知道动能定理的适用条件,会用动能定理进行计算; 3、会用实验方法探究物理定理或规律; 4、理解动能定理的推导过程; 5、会用动能定理解决力学问题,知道用动能定理解题的一般步骤; 情感态度与价值观: 1、通过实验与探究,培养学生的探究意识和实践能力; 2、经历讨论与交流,培养学生的语言表达表述能力和团结协作的学习精神; 3、通过实践与拓展,培养学生对知识的灵活迁移能力和实际应用能力; 4、通过阅读资料活页,培养学生的阅读、理解能力,使学生养成了解社会、关注社会的责任感; 过程与方法: 1、探究外力对物体所做的功与物体动能的变化关系。经历探究的主要环节,通过实验设计、观察实验现象、记录和处理实验数据、通过分析、比较、归纳得出实验结果,通过理论分析、推导与论证,得到外力做功与物体动能变化的关系,体会科学探究的方法; 2、通过理论分析与论证的过程,使学生受到理性思维的训练; 3、通过实践与拓展,使学生灵活迁移所学知识解决实际问题; 4、通过阅读活页资料,扩大学生的视野,丰富学生的知识面; 四、教学重点: 通过实验,探究恒力做功与物体动能变化的关系;理解动能定理,用动能定理解释生活何生产中的现象。 重点的依据:运用能量的观点解决力学问题是一种很重要的方法,因此掌握动能的概念和动能定理对于解决力学问题很重要。 五、教学难点: 应用动能定理解决力学问题。 难点的依据:因为学生对于功能关系理解不深,只是初步接触所以理解动能定理的物理意义有一定难度,学生首次接触过程量与状态量之间的关系所以应用动能定理灵活的解决力学问题也有一定的困难。 六、教学方法: 现代教育理论认为,科学教学必须让学生们参与以探究为目标的研究活动,使老师和学生一起在相互启发相互促进。让每一位同学都积极参与课堂教学,培养学生将课堂教学和科学与生活结合起来,培养学生的探究精神和科学探究的能力。我通过课堂教学感染和激励学生,充分调动起学生参与活动的积极性,激发学生对解决实际问题的渴望,并且要培养学生的自主探究能力,从而达到最佳的教学效果。同时也体现了课改的精神。 我主要采用了以下的教学方法: 1.情景激学法:通过视频图片创设问题情境,激发学习兴趣,调动学生的内在学习动力,促使学生主动学习。 2.演示实验法:通过观察、分析实验现象,由学生自己总结结论,提高学生的观察归纳总结能力。 3.分组讨论法:针对学生提出的问题,组织学生进行分组讨论,促使学生在学习中解决问题,培养学生的团结协作的精神。 4.演绎推理法:通过演绎推理的过程,培养对科学研究的兴趣。通过对动能和动能定理的演绎推理,使学生从中领略到物理等自然学中所蕴含的严谨逻辑关系。 七、学习方法: 我在教学过程中特别重视学法的指导,让学生从机械的“学答”向“学问”转变,从“学会”向“会学”转变,成为真正的学习的主人。基于这种理念,本节课主要采用指导——自主学习法,教学中可以渗透“指导——自主学习”的教改思想,鼓励学生积极参与,突出学法指导,思维启发,和师生的情感交流.这节课我主要指导学生采取了1.实验观察法2.自主探究法3.分组讨论法4.总结反思法等学习方法。 八、教学过程:(导入、新课教学、课堂反馈、归纳总结、布置作业五个环节。) (1)导入新课: 导入新课采用情景激学法,利用视频及图片导入,展示足球比赛、风力发电、台风、海啸等视频图片等让学生观察,分组讨论、提问。 【意图】采用情景激学法,利用视频导入能很好的激发学生学习的兴趣。 教师可引导学生提问:如1.足球具有的能量与哪些因素有关呢?2.风力发电的效率与哪些因素又呢?…… 【意图】将学生思维引导到本节课所要探究的问题上来,防止学生的思维象脱缰的野马离题万里。 (2)新课教学: 第一课时: 重难点:1)要求学生分组讨论,设计实验探究、实验步骤,选择实验器材,设计记录数据的表格; 2)全班讨论各种实验方案的可操作性、优缺点以及改进方法;要求学生根据自己的经验提出猜想; 处理建议:1)如果课堂时间不够,可以先让学生设计实验探究方案方案,而实验步骤,选择实验器材,设计记录数据的表格等过程可以作为第一课时的课后作业,让学生回家完成一份完整的实验设计报告。 2)设计该实验的关键是把外力做功和物体的动能变化量统一起来,设计时必须从两个方向考虑,但学生往往不能明确清晰地把握设计思路,需要教师在教学过程中加以引导提示。 3)本节课的成功与否取决于学生自主学习积极性的高低,因此,教师可以教学过程中多加鼓励,让学生充分感受到自主学习的快乐。 【意图】让学生进行分组讨论可以有效得提高学生探究的欲望,培养学生分析总结问题的能力。 第二课时: 重难点:1)综合实验与探究和理论分析的结果归纳总结,得到动能定理文字表述和数学表达式,以及动能定理的适用条件; 2)通过例题,总结运用动能定理解决力学问题的思路和方法,认识利用动能定理解题的优越性; 处理建议:1)本节课安排了一道例题,其目的是突出运用动能定理解决力学问题的思路和方法,认识利用动能定理解题的优越性。因此,建议在讲解过程中,把处理该类问题的步骤在解题过程中特别列出并强调。(即:分析物体的受力情况,列出各个力所做的功,明确物体的初动能和末动能。) 2)解题结束后,要通过例题归纳出动能定理的适用范围,使学生清楚的知道不论外力是否为恒力,也不论物体是否做直线运动,动能定理都成立。 3)解题结束后,可以要求学生再用牛顿运动定律和运动学的公式求解同一问题,并进行比较,可以使学生体会到应用动能定理解题,不涉及物体运动过程中的加速度和时间,比较方便。 【意图】通过推理的过程,充分调动学生学习物理的兴趣,培养对科学探究的兴趣和能力,让学生体验科学探究的过程。 4)动能定理的推导 有了动能的表达式后,我引导学生采用演绎推理的方法将前面我们推出的利用可以写成。其中表示一个过程的末动能,表示一个过程的初动能。 分析上式等号左边的W是外力对物体做的功,等号右的Ek2-Ek1的动能变化,因此得出结论:力在一个过程中对物体做的功,等于物体在这个过程中动能的变化,这个结论叫做动能定理。 【意图】提高学生的演绎推理能力,使学生进一步体会到科学探究的意义和乐趣,提高科学探究的能力。 将刚才推导动能公式的例子改动一下:假设物体原来就具有速度v1,且水平面存在摩擦力f,在外力F作用下,经过一段位移s,速度达到v2,如图2,则此过程中,外力做功与动能间又存在什么关系呢? 外力F做功:W1=Fs 摩擦力f做功:W2=-fs 可见,外力对物体做的总功等于物体在这一运动过程中动能的增量。 将上述问题再推广一步:若物体同时受几个方向任意的外力作用,情况又如何呢?引导学生推导出正确结论并板书: 得出结论:外力对物体所做的总功等于物体动能的变化。 用W总表示外力对物体做的总功,用Ek1表示物体初态的动能,用Ek2表示末态动能,则动能定理表示为:W总=Ek2-Ek1=ΔEk 强调:W总表示合外力对物体做的功,W是一个过程量,而Ek是一个状态量,ΔEk是动能的变化,也就是说一个过程量对应一个状态量的变化量。 【意图】进一步加深学生对动能定理以及过程量与状态量之间的关系的理解,拓展学生的思维,拓宽了动能定理的适用范围。 5).对动能定理的理解: 动能定理是学生新接触的力学中又一条重要规律,应立即通过举例及分析加深对它的理解。 a.对合外力对物体做功的理解 有的力促进物体运动,而有的力则阻碍物体运动。因此它们做的功就有正、负之分,合外力的功可理解为总功,总功指的是各外力做功的代数和 即:W总=W1+W2+……=F合·Scosθ b.对该定理标量性的理解 因动能定理中各项均为标量,因此单纯速度方向改变不影响动能大小。如匀速圆周运动过程中,合外力方向指向圆心,与位移方向始终保持垂直,所以合外力做功为零,动能变化亦为零,并不因速度方向改变而改变。 c.对定理中“变化”一词的理解 由于外力做功可正、可负,因此物体在一运动过程中动能可增加,也可能减少。因而定理中“变化”一词,它的确切含义为末态与初态的动能差,或称为“改变量”。数值可正,可负。外力对物体做正功物体动能增加,外力对物体做负功物体动能减少。 d.对状态与过程关系的理解 功是伴随一个物理过程而产生的,是过程量;而动能是状态量。动能定理表示了过程量等于状态量的改变量的关系。 【意图】教师全面详细得对动能定理进行阐述和解释,能够使学生更加深刻全面的理解动能定理,以便能够灵活的应用动能定理来解决实际问题。 6).巩固应用: 例1、一架喷气式飞机,质量m=5×103 kg,起飞过程中从静止开始滑跑的路程为s=5.3×102m时,达到起飞速度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(k=0.02),求飞机受到的牵引力. 投影展示学生的解答过程,指导学生正确的书写解答过程.解题过程(略) ①先让学生用牛顿运动定律与运动学公式出发求解。 ②再让学生用动能定理分析求解。 ③对学生的解题情况进行评析。着重在化解题方面进行评析,帮助学生形成正确的解题思想,学会从物理规律本身的特点出发考虑问题。 ④引导学生对这两种方法进行比较,让学生体会到应用动能定理处理问题的优点,明确在不涉及时间因素或不要求具体的细节问题,只关心初、末状态时,运用动能定理解题时往往更为快捷。 【意图】主要针对本节重点难点——动能定理,适当举例,加深学生对该定理的理解,提高应用能力。同时让学生体会应用动能定理解题的优越性。 例2:一辆质量为m,速度为v0的汽车在关闭发动机后于水平地面滑行了距离L后停下来,试求汽车受到的阻力. 提示:比较本题与上题的区别? 投影展示学生的解答过程,指导学生正确的书写解答过程. 【意图】通过例2的分析,使学生明确,应用动能定理还能解决一些用牛顿运动定律与运动学规律无法处理的问题。 4.定理的适用条件分析: 结合例题与实例引导同学总结反思、讨论分析总结得出。 ①既适用于恒力做功,也适用于变力做功。 ②既适用于直线运动,也适用于曲线运动。 ③既适用于单一运动过程,也适用于运动的全过程。 ④动能定理中的位移和速度必须是相对于同一个参考系,一般以地面为参考系。 【意图】使学生能够准确掌握动能定理的适用条件,从而能够灵活准确地应用定理来解决力学问题. 注:在习题课教学中还应补充一些变力做功和曲线运动中力的做功问题。 5.动能定理的应用步骤: 由学生结合例题的解题过程讨论总结解题步骤。 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总=Ek2—Ek1 ④求解方程、分析结果。 【意图】使学生能够规范的应用动能定理来解题,形成正确的物理思想. (3)课堂反馈: 精选几个典型题目让学生巩固练习。 【意图】检验学生掌握的情况,为第二课时的定理应用打下基础。 (4)归纳总结: 1.对动能概念和计算公式再次重复强调。 2.对动能定理的内容,应用步骤,适用问题类型做必要总结。 3.通过动能定理,再次明确功和动能两个概念的区别和联系、加深对两个物理量的理解。【意图】进一步深化本节内容,强化重点,加深理解和记忆。 (5)布置作业:课本69页第2、4题。 九、预期教学效果: 本节内容准备充分,分析到位,选择的教学方法符合学生的实际情况,充分发挥了学生是课堂的主体,老师是主导的作用。由学生自己去推导动能的表达式和动能定理,这样既能加深理解又能充分让学生体验探究的过程充分调动了学生学习物理的兴趣,培养了学生的科学探究的兴趣和能力。通过实例和例题分析使学生掌握了应用动能定理的适用范围和解题步骤,同时也使学生体会到了物理对于科技与生活的重要作用。使同学们更加热爱物理,热爱科学。 十、我为什么要这样教: 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作的功等于物体在这个过程中动能的变化。然后逐步扩展到几个力做功和变力做功以及曲线运动的情况。这个梯度很大,为了帮助学生真正理解动能定理,我设置了一些具体的问题,逐步深入地进行研究,让学生寻找物体动能的变化与哪些力做功相对应,从而使学生能够顺利的准确的理解动能定理的含义。 探究式教学是实现物理教学目标的重要方法之一,同时也是培养学生创新能力、发展学生非智力因素的重要途径。因此,本节课我在教学设计时从动能的概念入手就注重对学生的引导,使学生在探究中提出问题、设计方案、解决问题。在操作上本节教学我注重为学生创设一个和谐自由的课堂氛围,让每一位同学都积极参与课堂教学。在动能公式及动能定理的推导过程中,有师生间的讨论、分析,甚至是相互质疑。本节课我运用实验探究法,通过质量相同的物体高度的不同和高度相同质量不同的两种情况,得出动能和质量速度的关系。用演绎推理法由动能公式进一步推导得出动能定理。在探究过程中,重点引导学生从外力做功和物体 的动能变化量两个方面思考,选择受力情况较为简单,动能变化量比较容易得到的具体形式。在解题过程中,让学生采用对比的方法,体会到了运用动能定理解决问题的优点和方法、步骤。让学生采用这种自主探究式的学习方法进行学习,能够有效得提高学生的学习兴趣,提高课堂教学的效率。 本节课中的不足之处敬请各位评为老师批评指正。谢谢! 板书设计: (一)探究外力做功与物体的动能的变化关系(自由落体运动过程)理论推导: 重力做功:W合=Gh(h为物体运动的起点到地面的高度) 动能变化量:△Ek=mv2/2-0 W合=△Ek 即:Gh=2m h2/t2 所以, g=2h/ t2(符合自由落体的运动学公式) 结论:合外力对物体做的功等于物体的动能变化 (二)动能定理 1.内容:合外力对物体做的功等于物体的动能变化。 2.表达式:W总=Ek2—Ek1 =-- 3.解题步骤: 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总=Ek2—Ek1 ④求解方程、分析结果。