动能和动能定理课标教学设计

动能和动能定理（课标）教学设计

山西省汾阳中学原建琦

课程总目标：学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物

理知识和科学探究方法解决一些问题。

课程标准：通过实验，探究恒力做功与物体动能变化的关系。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。

一、教材分析

新课程物理教材对“动能和动能定理”的编写思路较过去教材作了调整。与以往所不同的是，新教材在用牛顿第二定律推导动能定理及提炼动能表达式前安排了“探究功与物体速度变化关系”的实验，其出发点在于更加充分体现探究教学的精神，培养学生的思维能力。

“动能和动能定理”这一节却缺乏探究性，通过动能定理的推导后，直接给出动能的概念。

二、学情分析

高一学生缺乏对动能概念的科学建构，并且还没有充分理解功能关系的科学思想，所以对动能表达式及动能定理接受起来觉得比较生硬。

科学家对科学规律的认识最初总是与感性的、朴素的、经验的直观认识相联系，经过必要的逻辑推理和实验论证逐渐发展为精确的科学观念。科学概念发展的规律与学生的认知发

展规律是一致的，都是从感性到理性的发展，从定性到定量的发展。

三、学习目标

知识与技能：

1、能准确写出动能的符号、单位和表达式，体会动能的概念，并会根据动能的表达式

计算运动物体的动能。

2、能从牛顿第二定律与运动学公式导出动能定理，理解动能定理的物理意义。

3、会用动能定理处理和解释生活和生产中的物理问题，知道动能定理也可以适用于曲

线运动与变力做功的情境。

4、体会运用动能定理解题的优越性，理解做功过程就是能量转化或转移的过程。

过程与方法

1、通过探究过程体会科学思维方法：提出问题猜想推理实验验证分析讨论

得出结论。

2、通过运用所学知识推导新的结论，体会知识之间的内在的因果联系，进而领悟事物

之间普遍联系的规律。

情感、态度与价值观

1、通过例题的对比求解，帮助学生形成正确的物理思维，感受动能定理的优越性。

2、通过动能定理的推导，感受成功的喜悦，领悟事物之间普遍联系的规律。

四、学习重点

体会动能概念的建构过程；会用动能定理处理和解释生活和生产中的物理问题。

五、学习过程

任务一：动能概念的引入

问题1：自然界的具有各种形式的能量，观察下列图片，对自然界物体具有的某种“能力”获得一种强烈的感受和直观的认识。

1

点评：对能量有一个直观的认识，如果物体能使自己或外界产生变化，我们就说物体

具有能量。这样引入能量，虽然有些粗糙，不够精确，但学生比较容易接受。有了能量的

初步观念后，便容易接受动能的概念，即“运动物体因其位置随时间发生变化而具有能量”。

问题2：通过问题 1 的体验，试叙述动能的概念，动能从某种程度上反映了运动物体的

哪种“能力”？

分析：运动物体因其位置随时间发生变化而具有能量，叫做动能，这从某种程度上反

映了运动物体的运动能力。

任务二：探究动能的表达式

问题1（提出问题、猜想）：联系生活实际，猜想影响动能的因素可能会有哪些？

分析：同样速度飞行的足球和铅球，哪个敢用头去顶；同样的子弹，静止在桌上时非

常安全，而从枪口射出时动能很大可以穿透人体。比较容易想到质量和速度是影响动能的

两个因素。

问题2（联想）：动能与猜想的因素存在什么样的定量关系？能否寻找一种方式或一个

物理量把动能表现出来，以便进行量度？

参考情境1：将物体以一定初速度竖直抛出，所达到的最大高度可用来反映物体抛出时

动能的大小。

参考情境2：将物体抛向光滑斜面，物体在斜面上所达到的最大高度可反映出抛出时动

能的大小。

参考情境3：在一足够大且粗糙的水平面上，给物体一定的水平初速度，由于摩擦阻力

的存在，物体的运动越来越慢，最后停止，看物体在水平面上的运动能够维持多远，从物体

最后所停的位置与出发点的距离可以反映出它开始时的动能大小。

参考情境4：将运动的物体去压缩弹簧，从弹簧发生的形变量可以反映出物体抛出时动

能的大小。

分析：“物体的动能可表现为物体克服阻力运动多远或者使其他物体运动多远”，虽然不够科学，却是对动能进行定量研究的重要环节。

问题3（推理）：结合所学知识，通过计算问题 2 情境中的最大高度，分析动能与速度

之间的关系可能是什么？

分析：引导学生利用牛顿运动定律，推导出参考情境1-3中物体所能达到的最大距离

分别为h

2

v

2g

、

2

v

h 、

2gsin

h

v

2

2

g

，

显

然

所

能

达

到

的

最

大

距

离

与

2

v

成正

比，

由此可知，动能与速度的平方成正相关。

问题4（实验探究）：参考问题 3 中的物理情境，设计实验方案探究动能定理的表达式？（提示：问题 3 中已经推理出最大高度或最远距离与速度之间的关系，在探求与质量的关系的时候，不妨先猜测s 与m、v 的关系，例如： 2 s m2 v s (m v)

2 2

s mv 、、，然后再进行实验探究）

2

分析：在实验方案：问题2中的参考情境3比较容易操作，即让物体在某一水平面以

一定的初速水平抛出，测量其能维持多长的距离，这个距离可以反映物体初始动能的大小。

在实验方法：由于涉及到两个相关因素，质量和速度，不少学生根据以往的经验比较

容易想到采用“控制变量法”。

实验设计：先保持物体质量m不变，探究物体在水平面上维持的距离s和初速度v之间的关系；再控制初速度v不变，探究s和质量m之间的关系。

忽视的问题：在探究s和质量m之间的关系时，容易忽视一个问题，即不同质量的物

体在同样水平面上的阻力是不相同的，因而无法用来比较不同物体的动能。

实验设计的关键：不同的

物体在滑行时的摩擦阻力相

同。

实验仪器：气垫导轨、滑

块、摩擦块、挡光片、光电门、

天平、直尺，若干橡皮条。如

图所示。

测定的物理量：滑块质量；瞬时速度；滑块滑行的距离。

实验设计的困难：保持速度不变难以实现。

解决措施：提示中的内容。同时改变滑块质量和速度，经多次实验并测出每次实验时

滑块质量、速度和滑行的距离，借助计算机进行拟合。

问题5(分析论证、得出结论)：通过对实验方案的分析，对实验数据的处理，得出动能

的表达式。

分析：借助实验数据，通过Excel软件，进行拟合，发现 2

s mv，因此可推知

2 E k mv，

所以初步获得了动能的表达式，即 2

E k kmv（其中k为待定系数）。显然动能是一个标量。

任务三：动能定理的理论推导

问题1：“功”和“能”这两个概念的建立是独立的，并没有直接的关系，而当两个概

念在具体的物理过程中交汇时，却发现二者之间的联系，请选择以下物理情境中的一种，探究功和能之间的关系？

情境1：如图1所示，光滑水平面上的质量为m的物体，在水平拉力F的作用下做匀

加速直线运动，从A点到B点经历的位移是s，在A、B两点的速度分别为v a、v。

b

情境2：如图2所示，在倾角为，摩擦因素为粗糙斜面上，质量为m的物体沿斜面

加速下滑，从A点到B点经历的位移是s，在A、B两点的速度分别为v a、v b。

情境3：如图 3 所示，在离地高度为h 的平台上，一质量为m 的物体以速度v水平抛

出，空气阻力不计，落地时速度为v。

情境4：如图 4 所示，在光滑水平面上有一轻质弹簧，弹簧的一端固定，另一自由端拴

一个小球，将弹簧拉长后由静止释放小球，小球在弹簧拉力的作用下运动到弹簧原长位置时

的速度为v 。

分析：情境 1 得出： 2 2

2Fs mv b mv a ；

情境 2 得出： 2 2

2( m g sin mg cos )s mv b mv a ;

情境 3 得出： 2 2

2mgh mv mv

情境 4 得出（提示：这是一个变力做功的情境，将运动过程分成许多小段，在每一段

2 可近

似处理成匀加速直线运动）：2( ) 0

F1s F s F s mv

1 2 2 3 3

问题2：归纳问题 1 中不同的物理情境，确定动能表达式的系数，准确描述功能关系，

理解功的重要的物理意义？得出动能定理，理解动能定理的物理意义。

分析：力做功与物体动能的变化存在着一定的定量关系，如果将前面的动能表达式中

的k 值定为1/2，即

1

2

E k mv ，则这些推导结果可归纳为：“力在一个过程中所做的功，

2

等于物体在这个过程中动能的变化量。”其中力指合力，这样一来，动能定理的形成便水到

渠成。

以上 4 个情境中，从力做功的来看涉及到恒力做功、变力做功、一个力做功及多个力

做功等多种情况；从物体的运动形式来看涉及到直线运动、曲线运动两种形式化，这其实

也就是动能定理的适用范围。

功的重要意义在于：它可以决定动能的变化，从而初步形成功

能关系的科学思想，做功是因，动能变化是果，为后面进一步深入

理解各种功能关系问题奠定基础。

任务四：动能定理的应用

问题1：请分别用动力学方法与动能定理求解以下问题：

例题：为了研究鱼所受水的阻力与其形状的关系，小明同学用

石蜡做成两条质量均为m、形状不同的“A 鱼”和“B 鱼”，如图所示。

在高出水面H 处分别静止释放“A 鱼”和“B 鱼”，“A 鱼”竖直下潜h A

后速度减小为零，“B 鱼”竖直下潜h B 后速度减小为零。“鱼”在水中

运动时，除受重力外，还受到浮力和水的阻力。已知“鱼”在水中所

受浮力是其重力的倍，重力加速度为g，“鱼”运动的位移值远大于“鱼”的长度。假设“鱼”

运动时所受水的阻力恒定，空气阻力不计。求：

（1）“A 鱼”入水瞬间的速度V A

（2）“A 鱼”在水中运动时所受阻力f A

（3）“A 鱼”和“B 鱼”在水中运动时所受阻力之比f A :f B

方法一：动力学方法：略。

方法二：动能定理：略

4

问题2：通过以上两种方法的对比，体会动能定理的优越性。

分析：动能定理的优越性在于不考虑过程的细节，只考虑过程的初末状态，不涉及运

动的时间和加速度这两个物理量的计算。

问题3：如何理解动能定理是能量守恒的一个具体表现？做功的过程是能量从一种形式

转化为另一种形式的过程，或从一个物体转移到另一个物体的过程。在上面的例题中，试分析做功和能量转化过程。

分析：两个过程，进入水的过程，只有重力做功，鱼的重力势能转化为鱼的动能；进

入水到速度为零的过程，重力、浮力、阻力三个力做功，鱼的动能转化为鱼和水的内能。

任务五：课堂总结与反思

本节课学到了什么？还有什么疑虑？

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