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視頻標簽：動能和動能定理
所屬欄目：高中物理優質課視頻
視頻課題：高中物理人教版必修二動能和動能定理-浙江
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【教學設計思路】
根據課堂教學設計的基本原理，以課程標準為指導，以人民教育出版社全日制普通高中課程標準實驗教科書《物理2》必修第七章第7節“動能和動能定理”為教學內容，在前期分析（包括學習需要、學習任務、學習者、學習背景分析）的基礎上，制定教學目標，設計學習環境和教學策略，進行教學設計。
物理課堂教學有三條主要序線，即：與教材內容相對應的知識序，與學生學習相對應的認知序，以及與教學過程相對應的教學序，只有實現課堂教學的有序化才能保證課堂教學的有效性。在學生認知規律的基礎上精心設計問題鏈，并通過課堂演示實驗的優化，多媒體輔助教學，展開對物理規律的認知過程，力圖取得“三序合一”的效果。
通過物理課堂教學，不僅讓學生理解科學知識，而且要使學生掌握科學方法；不僅讓學生知道世界是怎樣的，更要讓學生知道世界為什么是這樣的；尤其重要的是，要培養學生的科學精神，提高學生的科學素養，讓他們有一種通過自己的努力讓這個世界變得更加美好的愿望，成為一個有創造力的人。因此，力求體現多層次目標，及教學新目標（使學生學會些什么）、教育新目標（向學生滲透些什么）、發展新目標（將來學生淡忘這堂課所學的知識后，還剩下些什么）。
【前期分析】
動能和動能定理是本章教學重點，也是整個力學的重點，《課程標準》要求通過“探究恒力做功與物體動能變化的關系來理解動能和動能定理，用動能定理解釋生活和生產中的現象”。因此，在實際教學中要注重全體學生的發展，改變學科本位的觀念，注重科學探究，提倡學習方式的多樣化、強調過程和方法的學習，以培養學生的“創新意識、創新精神和實踐能力”為根本出發點，激勵學生“在教學過程中的主動學習和探究精神”，調動學生學習的主動性、積極性，促進其個性全面健康地發展和情感態度與價值觀的自我體現。
在實際學習中學生對動能概念的理解較為容易，能夠掌握外力對物體做的功與物體動能的變化之間的定性關系，能夠理論推導它們之間的定量關系，但真正從深層次理解存在困難。在前幾節的學習中，學生已經建立了一種認識，那就是某個力對物體做功一定對應著某種能量形式的變化，本節就來尋找動能的表達式。因為有前幾節的基礎，本節可以放手讓學生自己去推理和定義動能的表達式，讓學生經過感性認識到理性認識的過程，教學的起始要求不能太高，要循序漸進，從生活中眾多實例出發，通過分析、感受真正體驗動能定理的內涵。通過實例分析、實驗設計、器材選擇、動手操作、教師演示等環節，讓每一位同學都積極參與課堂教學，
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每一位同學都能享受成功的喜悅。
動能定理是一條適用范圍很廣的物理定理，但教材在推導這一定理時，由一個恒力做功使物體的動能變化，得出力在一個過程中所做的功等于物體在這個過程中動能的變化，然后逐步擴大幾個力做功和變力做功及物體做曲線運動的情況，這個梯度是很大的。為了幫助學生真正理解動能定理，我們從學習的實際出發設置了，橡皮筋彈力做功與動能變化的關系，鐵錘從高處擺下與動能變化的關系這些問題，讓學生尋找物體動能的變化與哪些力做功相對應從而真正理解動能定理的普適性。
高一新生對高中物理的學習方法不甚了解，針對這一點，教學中，必須采用適合學生特點的方法，調動學習積極性，簡化難懂的和容易混淆的一些問題，讓他們在學習過程中體會到探究的樂趣。
【教學目標】
● 知識與技能：
1．理解動能的概念
2．知道動能的符號、單位和表達式，會根據動能的表達式計算物體的動能. 3．能從牛頓第二定律與運動學公式推導出動能定理，理解動能定理的物理意義. 4．知道動能定理的適用范圍。
●過程與方法：
1．經歷實驗分析與理論推理相結合的探究過程，知道歸納法及其在科學探究中的應用 2．知道歸納演繹在科學探究中的應用，培養學生演繹推理和歸納的能力
● 情感態度價值觀：
1．利用討論交流與合作學習，增強團結協作的科學精神，領略物理學科研究的方法和意義。2．經歷動手實驗、理論推理，大膽質疑、深入探究，養成科學思維習慣。
【教學重難點】
● 重點：理解動能定理的內涵及其使用條件。
● 難點：動能定理在變力、曲線運動中成立的推理過程。
【教具準備】
自制破拆鐵錘模型（含輕重不同的鐵球2個），泡沫小房子。
【教學過程】
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1．課題引入
學生觀看兩段視頻剪輯。
問：為何子彈和鐵錘破壞力那么強？大家能用能量的角度來說明嗎？ 引導學生提出動能。 問：什么是動能？
引導學生回答出“物體由于運動而具有的能量叫做動能。” 問：動能大小與什么有關呢？
引導學生學生猜測動能可能和物體的速度，質量有關！ 2．實驗探究
引導學生討論交流，根據控制變量的方法和實際可操作性得出探究方案。 學生演示，教師從旁協助。
(1) 通過改變小球高度來改變速度，觀察小球撞擊房子，探究動能與速度的關系。 (2)通過改變小球質量，觀察小球撞擊房子，探究動能與質量的關系。
(3)師生總結：小球動能與其速度、質量有關。速度越大，動能越大；質量越大，動能越大； 問：動能大小與速度、質量存在著怎樣的定量關系呢？
用密立根的話做引，用做功與能量的關系為線索，嘗試將實際問題抽象成物理模型，通過理論分析探究背后規律。 3．理論探究
引導學生分析出做功與物體受力有關，而力能使物體產生加速度，經過一段距離的積累后使速度發生改變。而動能又與速度有關。從而嘗試給出簡單的在恒力F作用下物體做勻變速直線運動的例子。
(1)恒力做功的推導 W=F·l F=ma
𝒗𝟐𝟐−𝒗𝟏𝟐
=𝟐𝒂𝒍
⇒𝑾=
𝟏𝟐𝒎𝒗𝟐𝟐−𝟏𝟐
𝒎𝒗𝟏𝟐
引導學生分析出等式右側表達式𝟏
𝟐𝒎𝒗𝟐𝟐、𝟏
𝟐𝒎𝒗𝟏𝟐的差對應著左側力F的功，那么這個𝟏
𝟐𝒎𝒗
𝟐
應該是某種能量。而這種能量與物體的瞬時速度v 有關，與物體的質量m有關，不正是我們苦苦尋找的動能嗎！
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分享成功的喜悅！總結動能的特點。
動能表達式：𝑬𝒌=𝟏
𝟐𝒎𝒗𝟐 單位：焦耳（J） 動能是狀態量 動能是標量
具有相對性，但高中選擇地面參考系。（例舉飛行員抓子彈和飛鳥撞碎飛機擋風玻璃） 引導學生分析等式的意義，學生經過討論后得出：力F做的功，等于動能的變化。 問：在這個例子中，物體受重力，支持力和F的作用，但只有一個力F做了功，如果做功的力不止一個呢，還有這樣的結論嗎？如果有，那這里的功又是什么力的功？
給出稍微復雜一點的情景，有恒力F和阻力共同做功的勻變速直線運動的例子。
讓學生主動推導出關系式：𝑾=𝟏
𝟐𝒎𝒗𝟐𝟐−𝟏
𝟐𝒎𝒗𝟏𝟐
引導學生歸納出：功為合力的功。
總結歸納出等式的物理意義，給出動能定理的內容。
動能定理：合力在一個過程中對物體所做的功，等于物體在這個過程中動能的變化。
表達式：𝑾=𝟏
𝟐
𝒎𝒗𝟐𝟐−𝟏
𝟐
𝒎𝒗𝟏𝟐、𝑾合=𝑬𝒌𝟐−𝑬𝒌𝟏、𝑾合=∆𝑬𝒌
引導學生討論如何增加（或減小）物體速度，其本質為通過合力做功，改變動能。 得到動能定理得內涵：
合力做功是引起物體動能變化的原因．
如果合力對物體做正功，物體的動能增加；如果合力對物體做負功，物體的動能減少；如果合力對物體不做功，物體的動能不變．
根據定理推理使用的限制條件得出其適用范圍1：恒力作用下的直線運動 問：現實情況物體受變力作用更為普遍，動能定理不能用在變力作用嗎？
引導學生分析之前所做的實驗，分析出彈力做功與速度平方成正比中，與速度平方關聯的物理量應該就是動能，而做功的彈力就是一個變力。 (2)橡皮筋彈力做功的思考
引導學生嘗試通過將位移無限細分后，在每一微元段內彈力可視作恒力，則該段下物體受恒力作用做直線運動，符合動能定理得使用條件，可以使用動能定理分析。
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得出其適用范圍2：變力作用下的直線運動
問：現實情況物體受力作用做曲線運動的更多，動能定理能不能用在曲線運動中嗎？ 開頭處的破拆錘撞擊汽車就是實例，我們一起來分析，看看能不能解決。 (3)鐵錘擺下動能的來源
引導學生采用類似方法分析推理，最終得出結論。
得出其適用范圍3：變力作用下的曲線運動 4．綜合應用
質量為50 kg的游泳運動員，從離水10 m高的跳臺上以4 m/s的速度跳出。（g取10m/s2）求：
①若不計空氣阻力，運動員入水時的速度是多少？
②若該運動員落水時速度為13 m/s，則他克服空氣阻力做了多少功？ 學生自主分析解決問題，強化動能定理的適用條件。
及時補充③運動員起跳時做了多少功？（重心高度變化忽略不計）
讓學生了解動能定理還能用在更復雜的瞬時作用，對象非質點的情況中。 5．課堂小結
運動的物體具有動能，動能的變化取決于合力做功。在涉及只關注某過程的初、末狀態，
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不需考慮過程細節，尤其是求變力功、曲線運動、多過程、瞬間過程使用動能定理更有優勢！
指出動能定理的局限性，留給學生思考探索的空間。
【教學流程圖】
見附錄一
【形成性練習】
1．改變汽車的質量和速度，都可能使汽車的動能發生改變，在下列幾種情形下，汽車的動能各是原來的幾倍。
A．質量不變，速度增大到原來的2倍。 B．速度不變，質量增大到原來的2倍。 C．質量減半，速度增大到原來的4倍。 D．速度減半，質量增大到原來的4倍。
2．把一輛汽車的速度從10 km/h加速到20 km/h，或者從50 km/h加速到60 km/h，哪種情況做的功比較多？通過計算說明。
3．質量是2 g的子彈，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。子彈射穿木板的過程中受到的平均阻力是多大？你對題目中所說的“平均”一詞有什么認識？
4．運動員把質量是500 g的足球踢出后，某人觀察它在空中的飛行情況，估計上升的最大高度是10 m，在最高點的速度為20 m/s。請你根據這個估計，計算運動員踢球時對足球做的功。
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