高中物理教科版高中必修2第四章機械能和能源zj第四章機械能和能源4.4動能

第四章機械能和能源動能動能定理導學案學習目標1.理解動能的概念，掌握其表達式。2.能用牛頓第二定律與運動學公式導出動能定理，理解動能定理的物理意義。3.通過實驗探究合外力對物體做的功與物體動能變化的關系。4.能應用動能定理解決簡單的問題。學習重點1.理解動能的概念，掌握其表達式。2.能用牛頓第二定律與運動學公式導出動能定理，理解動能定理的物理意義。3.通過實驗探究合外力對物體做的功與物體動能變化的關系。4.能應用動能定理解決簡單的問題。學習難點1.理解動能的概念，能用牛頓第二定律與運動學公式導出動能定理，理解動能定理的物理意義。2.通過實驗探究合外力對物體做的功與物體動能變化的關系，學習利用圖像法研究合外力做功與物體動能變化的關系。3.能應用動能定理解決簡單的問題。課前預習案1.物體做勻加速直線運動，初速度為v0，加速度為a，則末速度vt與位移x的關系式為。2.物體所受合外力與物體加速度的關系為F＝3.動能：物體由于運動而具有的能量叫動能，其表達式為Ek＝，動能是標量，它的單位與的單位相同，在國際單位制中是4.動能:物體由于而具有的能量叫動能；大?。何矬w的動能等于物體的與物體的乘積的一半；表達式：Ek＝；單位：與功的單位相同，國際單位為，符號是5.合外力做功和物體動能變化的關系—動能定理：內容：；表達式W==。(W是合力做的功，m是物體質量，v1、v2是物體初、末速度)6.在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，為了讓砂桶的重力作為小車所受的牽引力，須使砂桶的質量m和小車的質量M滿足__________；7.實驗原理：如圖所示.由重物通過滑輪牽引小車，當小車的質量比重物大得多時，可以把重物所受的當作小車受到的牽引力。改變重物的質量或者改變小車運動的___________，也就改變了牽引力做的功，從而探究牽引力做的功與小車動能變化的關系。課內探究案情景導入洶涌的波濤能沖決堤壩，龍卷風能拔起大樹等說明運動的物體具有能量。 學始于疑1.動能的概念是什么？2.動能的表達式是什么？3.什么是動能定理？質疑探究探究點一：動能及其變化量[問題設計]請大家猜想一下，物體的動能與什么因素有關。學生活動，討論舉例說明。通過討論，我們知道物體的動能和質量、速度有關，那動能的大小和質量、速度有什么定量關系？下面我們就來推導動能的表達式。提問：如何推導動能表達式？從什么角度推導動能表達式？下面請同學們看一個物理情景。光滑水平面上有一質量為m的小物塊，一水平恒力F作用在物體上使物體在水平方向運動了x，運動的初速度為v1，運動的末速度為v2，下面請大家從功和能量變化角度來推導物體動能和物體質量和速度有什么樣的定量關系？請學生自行推導動能的表達式。請同學們思考并回答：1、動能是矢量，還是標量？2、動能能不能為負？3、動能表達式中v是瞬時速度，還是平均速度？介紹動能的變化，請學生思考物體動能的變化與什么力做功有關？[延伸思考]質量為m的物體做勻減速直線運動，某時刻速度為v1，經過一段時間后速度變?yōu)?v1，如圖所示。請思考并討論以下問題：(1)寫出物體在A、B點時的動能。(2)比較(1)中的兩個結果，思考這兩個結果說明了什么問題？探究點二：理論探究合外力做功和物體動能變化的關系[問題設計]1.如圖所示，物體在推力F及摩擦力f作用下，經過一段位移，速度由v1增加到v2，則此過程中，外力做功與動能間存在什么關系？2.某物體受到幾個外力的共同作用，外力做的總功與動能之間的關系與上述結論相同嗎？[延伸思考]動能定理是在物體受恒力作用，并且做直線運動的情況下推導出來的，對于物體受變力作用、做曲線運動的情況，動能定理是否成立？探究點三：實驗探究合外力做功和物體動能變化的關系質疑探究：如何通過實驗來研究合外力做功和物體動能變化的關系？（一）實驗步驟1.如圖所示，把紙帶的一端固定在小車后面，另一端穿過打點計時器，改變木板的傾角，讓小車重力的一個分力平衡小車及紙帶受到的摩擦力，使小車能做勻速運動。2.把細線系在小車上并繞過定滑輪，懸掛小盤，在小盤里放入適量砝碼，使小車的質量遠大于砝碼和小盤的總質量，小車在細線的拉力作用下做勻加速運動。由于砝碼和小盤質量很小，可認為小車所受拉力F的大小等于砝碼和小盤所受重力的大小。3.接通電源，放開小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列點。4.重復以上實驗，選擇一條點跡清晰的紙帶進行數據分析，由紙帶可以找到位移和時間的信息，由砝碼和小盤的質量可以知道小車所受的恒力。(小車質量已知)5.由實驗數據得出結論。（二）數據處理1.小車速度及外力做功的確定通過實驗獲得打點的紙帶，利用“勻變速直線運動中，某段時間內的平均速度等于該段時間中間時刻的瞬時速度”這一結論計算紙帶上選定的點的速度，測出小車在某段時間內的位移，然后乘以重物的重力，即得外力在該段時間內對小車做的功。2.實驗數據處理(1)計算各數據中v2、eq\f(1,2)mv2和相應的合外力做功W的數值并填入下表。數據編號物理量123456速度平方v2/(m2·s-2)動能eq\f(1,2)mv2/J[來合外力做功W/J(2)比較各次實驗中合外力做的功和物體動能變化的數值，從而得到合外力對物體做的功和物體動能變化之間的關系。（三）誤差分析實驗中我們把拉力對小車做的功與砝碼和小盤總重力所做的功認為是一樣的，但實際上二者并不相同，這是因為砝碼和小盤的總重力與繩的拉力是不一樣的。_科_網Z_X_X_K]在m?M時，細繩的拉力近似等于砝碼和小盤的總重力，誤差較小；m越大，誤差越大。因此實驗中應使小車的質量遠大于砝碼和小盤的總質量。（四）注意事項1.平衡摩擦。當我們用一個恒力對物體做功時，應設法排除其他力的影響，如本實驗中用砝碼和小盤的重力對小車提供恒定拉力，研究這個拉力做功與小車動能改變的關系，小車和紙帶在運動中受的阻力就要消除。因為阻力不可避免，實際實驗中是采用把木板的一端墊高，用小車重力的分力和阻力平衡的方法來等效消除阻力。2.盡量減小小車的加速度。因為砝碼和小盤拉著小車加速運動時，砝碼和小盤處于失重狀態(tài)，小車受的拉力小于砝碼和小盤的總重力。為減小這一系統(tǒng)誤差，應使小車的加速度盡量小，也就是實驗中必須滿足砝碼和小盤的質量遠小于小車的質量。探究點四：動能定理的簡單應用1.應用動能定理解題的一般步驟(1)選取研究對象(通常是單個物體)，明確它的運動過程。(2)對研究對象進行受力分析，明確各力做功的情況，求出外力做功的代數和。(3)明確物體在初、末狀態(tài)的動能Ek1、Ek2。(4)列出動能定理的方程W＝Ek2－Ek1，結合其他必要的解題方程，求解并驗算。2.應用動能定理解題的優(yōu)點動能定理對應的是一個過程，只涉及到物體初、末狀態(tài)的動能和整個過程合力做的功，無需關心中間運動過程的細節(jié)，而且功和能都是標量，無方向性，計算方便，因此當題目中不涉及a和t，而涉及F、x、m、v、W、Ek等物理量時，優(yōu)先考慮使用動能定理。典例1：一架噴氣式飛機，質量m=5×103kg，起飛過程中從靜止開始滑跑的路程為s=×102m時，達到起飛速度v=60m/s。在此過程中飛機受到的平均阻力是飛機重量的倍（k=）。求飛機受到的牽引力F。（用兩種方法解）訓練案1.下列關于運動物體所受的合外力、合外力做功和動能變化的關系，正確的是()A.如果物體所受的合外力為零，那么合外力對物體做的功一定為零B.如果合外力對物體做的功為零，則合外力一定為零C.物體在合外力作用下做勻變速直線運動，則動能在一段過程中變化量一定不為零D.物體的動能不發(fā)生變化，物體所受合外力一定是零2.一物體質量為2kg，以4m/s的速度在光滑水平面上向左滑行，從某時刻起對物體施加一水平向右的力，經過一段時間后，滑塊的速度方向變?yōu)樗较蛴遥笮?m/s，在這段時間內，水平力做功為() JJ J3.一質量為1kg的物體被人用手由靜止向上提高1m，這時物體的速度是2m/s，下列說法正確的是()A.手對物體做功10JB.合外力對物體做功12JC.合外力對物體做功2JD.物體克服重力做功2J4.運動員用力將一質量為m的鉛球從離地為h高處以初速度v0斜向上推出，當它落到地面時速度為v，則在此過程中鉛球克服空氣阻力所做的功等于()2-mv02/22-mv02/2-mgh+mv02/2-mv2/2+mv2/2-mv02/25.一個人站在高出地面h處，拋出一個質量為m的物體，物體落地時的速率為v，人對物體所做的功等于(空氣阻力不計)()A.mgh \f(1,