基于大单元教学设计的高中物理教案 必修二 8.3动能和动能定理 2新

基于大单元教学设计的高中物理教案

课题名称：必修 第二册 8.3《动能和动能定理》教案      

课型：新授课

一、核心素养

物理观念：动能的概念。

科学思维：动能定理表达式的推导。

科学探究：动能定理解决问题比牛顿第二定律和运动学公式的优越性。

科学态度与责任：能用动能定理解决生产生活中的问题。

二、教学重难点

重点：进一步理解动能定理，领会应用动能定理解题的优越性.

难点：.会利用动能定理分析变力做功、曲线运动以及多过程问题．

三、教学环节

[新课导入]

传说早在古希腊时期（公元前200多年）阿基米德曾经利用杠杆原理设计了投石机，它能将石块不断抛向空中，利用石块坠落时的动能，打得敌军头破血流。

同学们思考一下，为了提高这种装置的杀伤力，应该从哪方面考虑来进一步改进？学习了本节动能和动能定理，就能够理解这种装置的应用原理。

[概念梳理 夯实基础]

一、动能的表达式

1．表达式：Ek＝mv2.

2．单位：与功的单位相同，国际单位为焦耳，符号为J.

3．标矢性：动能是标量，只有大小，没有方向．

二、动能定理

1.合力对物体所做的功等于物体动能的变化：W＝Ek2－Ek1＝ΔEk.

①合力做正功，即W合＞０，Ek2＞Ek1 ，动能增大

②合力做负功，即W合＜０，Ek2＜Ek1 ，动能减小

2.动能定理的适用范围：

既适用于直线运动，也适用于曲线运动；既适用于恒力做功，也适用于变力做功；既适用于单个物体，也适用于多个物体；既适用于一个过程，也适用于整个过程。

三、利用动能定理分析多过程问题

一个物体的运动如果包含多个运动阶段，可以选择分段或全程应用动能定理。

(1)分段应用动能定理时，将复杂的过程分割成一个个子过程，对每个子过程的做功情况和初、末动能进行分析，然后针对每个子过程应用动能定理列式，然后联立求解。

(2)全程应用动能定理时，分析整个过程中出现过的各力的做功情况，分析每个力做的功，确定整个过程中合外力做的总功，然后确定整个过程的初、末动能，针对整个过程利用动能定理列式求解。

当题目不涉及加速度、时间等时，选择全程应用动能定理更简单，更方便。

四、动能定理和动力学方法的综合应用

动能定理常与平抛运动、圆周运动相结合，解决这类问题要特别注意：

(1)与平抛运动相结合时，要注意应用运动的合成与分解的方法，如分解位移或分解速度求平抛运动的有关物理量．

(2)与竖直平面内的圆周运动相结合时，应特别注意隐藏的临界条件：

①有支撑效果的竖直平面内的圆周运动，物体能过最高点的临界条件为vmin＝0.

②没有支撑效果的竖直平面内的圆周运动，物体能过最高点的临界条件为vmin＝.

[随堂快练]

【例1】关于动能的理解，下列说法错误的是(　　)

A．凡是运动的物体都具有动能

B．动能不变的物体，一定处于平衡状态

C．重力势能可以为负值，动能不可以为负值

D．一定质量的物体，动能变化时，速度一定变化，但速度变化时，动能不一定变化

【答案】B

【例2】(多选)一质量为0.3 kg的弹性小球，在光滑的水平面上以大小为6 m/s的速度垂直撞到墙上，碰撞后小球沿相反方向运动，反弹后的速度大小与碰撞前速度的大小相同，则碰撞前后小球速度变化量的大小Δv和碰撞过程中墙对小球做功的大小W为(　　)

A．Δv＝0   B．Δv＝12 m/s

C．W＝0   D．W＝10.8 J

【答案】　BC

【解析】

由于碰撞前后小球速度大小相等、方向相反，所以Δv＝v－(－v0)＝12 m/s，根据动能定理得W＝ΔEk＝mv2－mv02＝0.故选B、C.

例3】拓展：在“探究做功与物体速度变化的关系”的实验中，实验装置如图甲所示。让小车在一条橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，此时橡皮筋对小车做的功记为W0。然后用相同的橡皮筋二条、三条……合并在一起分别进行第2次、第3次……实验，每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。且每次实验中小车获得的速度v可由电磁打点计时器所打的纸带求出。（电磁打点计时器所用交流电频率为50Hz）。请回答下列问题：

(1)除了图甲中已给出器材外，必需的器材还有___________（多选）；

A．学生电源及导线若干      B．天平及砝码      C．毫米刻度尺      D．游标卡尺

(2)为完成实验测量，图甲中橡皮筋与小车支柱连接方式应为图乙中的______（填“A”或“B”）；

(3)图丙中，是小车在某次运动过程中电磁打点计时器在纸带上打出的一系列的点，各点间距如图丙所示，则合理选取数据后计算出小车的速度v为_______m/s；（结果保留2位有效数字）

(4)在探究W、v的关系时，通常采用作图法，本实验最终选择作W-v2的图象，这样做的原因是___________。

【答案】AC    A    0. 67±0. 01    变量间的图象为直线时便于准确确定两者的定量关系   

【解析】

(1)[1]除了图甲中已给出的器材外，必需的器材还有学生电源和导线，以及测纸带长度的毫米刻度尺，所以选AC。

(2)[2]如果采用图B的接法，在橡皮筋恢复原长时小车不能被弹开，无法测量因橡皮筋的弹力做功而让小车增加的动能，所以选图A的接法。

(3)[3]当纸带上的点均匀分布时，求得小车的速度为

(4)[4]因为W、v的关系不是线性关系，而利用图象处理数据要求简单明了，所以作出W-v2的图象时，画出图线是直线，便于准确确定两者的定量关系。