资源简介

动能和动能定理教学设计
【教材分析】
根据《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》可知，新课程标准对“动能和动能定理”的要求是“理解动能和动能定理。能用动能定理解释生产生活中的现象”。通过对本节内容的学习，既深化了对功的概念的理解，使学生对“功是能量变化的量度”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。
【学情分析】
在学习本节内容之前，学生在初中已经学过动能的概念，还学习了功的计算、重力势能，了解了弹性势能，并对势能的建立过程（某个力的功可以量度某个能量的变化）有一定的理解。因此为本节课的推导和从合力做功的表达引入动能定理奠定了基础。
【教学目标】
知道动能的概念，掌握动能表达式，进一步理论推导动能定理表达式，理解动能定理的物理意义，能用动能定理解释生产生活中的相关现象，解决一些相关的实际问题 。
运用理论推理的方法得出动能定理表达式，学会知识间的横向迁移，形成严谨的科学思维。
通过理论探究动能、动能定理的表达式，提高科学推理的能力。
经历动能定理的演绎推理过程，使学生从中领略到物理等自然科学中所蕴含的严谨的逻辑关系，有较强的学习和研究物理的兴趣；通过小组合作，提升交流能力和合作学习能力。
【教学重难点】
教学重点：
建立动能的概念，推导动能定理的表达式。
理解动能定理的物理意义。
教学难点：
利用无限分割的思想推导动能定理。
用动能定理解决实际问题。
【教学方法、手段】
教学方法：讲授法、讨论法、分析法、归纳法、习题教学法
教学手段：多媒体课件辅助教学
【教学过程】
一、创设情境，导入新课
龙卷风的风速可以达到100m/s，比12级台风都要大上五、六倍。海啸登陆时速度可达到每小时160公里。龙卷风和海啸具有巨大的能量，可以拔起大树、掀翻汽车、摧毁房屋，甚至会带来毁灭性的灾害。你能用物理知识来解释龙卷风和海啸的危害为什么如此之大吗？龙卷风和海啸具有的能量是什么形式的能量呢？
（多媒体播放龙卷风和海啸的动画）
龙卷风 海啸
【设计意图】运用自然界中的实际例子引入动能概念，通过介绍自然灾害中龙卷风和海啸的危害，强化学生环境保护意识与社会责任感。
新时代的中国科技快速发展，高速磁浮列车时速可达600公里“贴地飞行”，被誉为“救援航母”的动力舟桥能抵抗较大流速的水流冲击，最多可运载500人及约7辆公交车的重型装备和车辆，每台可按10.8公里/小时的速度，有效解决涉水抢险难题。军事上，歼20的发明使我国空军领域发生了突飞猛进的进展，这么厉害的歼20战斗机，在飞行过程中也害怕与小鸟撞击。你能从物理角度出发解释原因吗？
高速磁浮列车 动力舟桥 歼20战斗机
【设计意图】展示我国科技发展水平和军事实力，既加深学生对动能这一抽象概念的理解又激发学生的民族自豪感和爱国主义情怀。
二、理论推导，探索规律
（多媒体播放“高空抛物”新闻的视频）
请同学们观看视频后思考与讨论以下问题：
物体由于运动而具有能量，物体高空坠落后具有什么能量？这个能量和什么因素有关？
坠落过程中外力是否做功？
物体高空坠落后具有动能，动能与质量、速度有关；坠落过程中外力做功，速度变化。那么外力做功多少与物体的速度变化具有怎么样的关系呢？
1. 学生自主习标：单一恒力+直线（特殊）
一个质量m的鸡蛋，从某高度处以速度v1竖直向下抛出，不计空气阻力，经过一段时间速度变为v2 ，外力做了多少功？
分析：在恒力mg作用下，物体做匀加速直线运动。外力做功W=mgh；而位移可以根据匀变速直线运动的规律得出。
即：再由运动学公式可得，得：
教师提问：如果考虑空气阻力呢？外力做功又是多少呢？
学生自主习标：多个恒力+直线（较特殊）
一个质量m的鸡蛋，从某高度处以速度v1竖直向下抛出，空气阻力恒为 f , 经过一段时间速度变为v2 ，外力做了多少功？
分析：这个过程中物体做匀变速直线运动。受到重力和空气阻力。外力对物体所做功就是重力和空气阻力做功的代数和，我们也可以写成合力做的功，即W=(F－f)h。
根据牛顿第二定律有mg－f＝ma， 再由运动学公式可得，
即 ，在多个恒力的作用下，外力的功也等于的差值。教师提问：这里的外力，是合外力。那如果是变力呢？
【设计意图】让学生自主学习，建立模型，求解外力功，突出学生主体，调动学生学习的主动性、积极性。通过创设物理情景和经历推导过程，培养学生实事求是、追求真理的科学态度。
【思政元素】科学人文素养教育
小组合作探究：变力+直线（较一般）
一个质量m的鸡蛋，从某高度处A点以速度v1竖直向下抛出，空气阻力变化, 经过一段时间到B点速度变为v2 ，外力做了多少功？
分析：可以通过无限分割的思想，将从A到B的位移分成很多段，每一小段位移都非常小。在每一小段中，物体受到的外力F可以看作在恒力作用下的直线运动。对每一段有：
……
……
则此过程中合外力所做的功为：W=W1+W2+……+Wn
。
在变力的作用下，合外力的功也等于的差值。看来物体做直线运动时，无论是恒力还是变力，外力的功都还等于的差值。
教师提问：以上分析的都是最简单的直线运动，如果是曲线运动呢？
小组合作探究：恒力+曲线（一般）
一个质量m的鸡蛋，从某高度处A点以速度v1水平抛出，空气阻力恒为 f , 经过一段时间到B点速度变为v2，外力做了多少功？
分析：同理，我们也可以通过无限分割的思想，将从A到B的曲线分成很多段。而每一小段由于非常小都可以近似看作直线段。这样每一段都可以看作恒力作用下的直线运动。（过程同上）
即在恒力作用下，虽然物体做曲线运动，但外力的功仍等于的差值。
教师总结：通过自主习标和小组合作探究，同学们运用公式进行理论推导，经历从特殊到一般的过程，无论对于恒力作用，还是变力作用，无论物体做直线运动，还是曲线运动，外力的功都等于1/2mv2的差值。看来这是一个具有普遍意义的的表达，所有形式的运动都成立。另外，从这个伟大而且极其重要的定理——动能定理，可以看出力在空间上累积的效果会引起质点的动能发生变化。
【设计意图】创设多个情景，从直线运动单一恒力做功——直线运动多个恒力做功——直线运动变力做功——曲线运动恒力做功，让学生感受特殊到一般的研究过程，同时结合无限分割的物理思想，培养学生科学推理能力，形成严谨认真的科学态度。通过自主习标，引导学生通过之前的公式推导，总结出动能定理；通过小组合作经历讨论和交流，增强学生的交流合作意识，形成初步的信息交流能力，培养学生团结合作精神。
三、建立概念，归纳规律
1. 动能通常用EK来表示，即：
2. 单位：焦耳，符号J
3. 动能是一个状态量，是标量。
4. 动能定理：合外力对物体做功等于物体动能的变化。即：
上式表明，动能的变化是由所有外力做功来决定，外力做正功，即W>0，Ek2>Ek1，物体的动能增大；外力做负功，即W<0，Ek2适用条件：既适用于恒力做功，也适用于变力做功；既适用于直线运动，也适用于曲线运动。
四、学以致用，强化落实
例题1：2022年4月16日，我国神舟十三号飞船顺利返航，三位宇航英雄翟志刚、王亚平、叶光富凯旋归来，举国振奋。资料显示飞船返回舱重达3吨，返航时当打开减速伞时，减速伞可让返回舱速度从200m/s降低到90m/s，打开主伞后返回舱速度从90m/s降低到7-8m/s，试计算打开减速伞时返回舱的动能是多少？
解：打开降落伞减速时的动能为：
代入数据得EK=6×107J
即打开减速伞时返回舱的动能是6×107J。
教师：神舟十三号返回地球可以说是过程复杂、惊心动魄，它要依次经过轨返分离、推返分离、再入、过黑障区、开降落伞、开着陆缓冲发动机等关键飞行事件及环节，返回过程中除了动能增大外还要经过严酷空间环境和轨道条件的考验。作为新时代的青少年，我们要向航天员学习，发扬艰苦奋斗精神！
【设计意图】本题融入中国航天事业最新重大事件，利用动能公式解决实际问题，一方面将所学到的理论知识运用到实际生活中，另一方面极大地激发了学生的国家荣誉感、民族自豪感和为国家的强大努力学习的使命感，增强学生对中国特色社会主义的制度自信和道路自信。
例题2：近年来，高空抛物现象被称为“悬在城市上空的痛”。2020年5月28日十三届全国人大三次会议表决通过《中华人民共和国民法典》，将社会关切问题“高空抛物”写入民法典。若故意高空抛物是违法行为甚至是故意杀人。现有一个质量m=60g的鸡蛋，从25楼静止释放，空气阻力恒为重力的0.1倍 , 求当鸡蛋落地时动能为多少？(每层楼高3m，g=10m/s2 )
解法一：（牛顿运动定律） 解法二：（动能定理）
以鸡蛋为研究对象, 以鸡蛋为研究对象，
由牛顿第二定律得mg－kmg=ma 由动能定理得mgh-kmgh=EK
由运动学公式得v2=2ah 代入数据得EK=38.88J
即鸡蛋落地动能约为38.88J
代入数据得EK=38.88J
即鸡蛋落地动能约为38.88J
教师：一枚鸡蛋从4楼落下，可将人头砸出个脓包，我们通过动能公式计算得出鸡蛋从25楼落下，落地动能为38.88J，这个动能足以致人死亡。所以同学们要拒绝高空抛物，从我做起。
【设计意图】通过例题分析，清楚动能定理的适用条件；通过对比分析，使学生发现应用动能定理解题较牛顿运动定律与运动学知识解题简便，体会动能定理的优越性，引导学生发现使用动能定理后，使问题简单化，体现物理的简单美，培养学生的真善。通过与生活中常见现象联系，将所学知识运用到实际生活中，加深知识理解的同时，知道高空抛物的危害，培养学生的社会责任感以及强化学生的法律意识。
五、课堂总结
教师：判天地之美，析万物之理，没有今天的基础科学，就没有明日的科技应用。无论是恒力还是变力，无论是直线还是曲线，外力的功都等于1/2mv2的差值。我们把1/2mv2叫做动能，把合力做的功等于物体动能的变化称为动能定理。这就和我们每个人的成长变化一样，取得的进步如果比作动能增大，那么合力做功就如同付出的努力。量的积累会引起质变，希望同学们脚踏实地，循序渐进，努力做正功，获得更大的进步！
六、板书设计
七、作业布置
课后思考题：
毛主席有一句著名的诗词：“坐地日行八万里，巡天遥看一千河。”你知道这是什么情景吗？根据这个情景，你认为此时你自身的动能是否为零？请你解释原因。
苏轼的诗词中有一句“会挽雕弓如满月，西北望，射夭狼”，李白诗词中有一句“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”。这两句诗词中有没有涉及能量？涉及到的能量是什么形式的能量呢？能量又是怎么获得的呢？
【设计意图】将诗词和教学相融合，激发学生对传统文化的热爱，增强文化自信。
【教学参考意见】
本节教学设计采用讲授法、讨论法、分析法、归纳法、习题教学法等多种教学方法，组织和引导学生参与，引起学生情感共鸣。在动能概念的建立过程中，结合生产生活中的实际例子，注重为学生创设一个和谐自由的学习气氛；在动能定理表达式的推导过程中，有学生自主学习、小组合作探究等形式，使学生经历从特殊到一般的演绎推理过程；在例题的求解过程中，让学生体会到了运用动能定理解决问题的优点和方法；在课堂总结中，将取得的进步比作动能增大，合力做功比作学生付出的努力，鼓励学生努力做正功，以获得更大的进步。在本节课教学中注重全体学生的发展，充分相信学生的学习能力，调动学生参与课堂的积极性，通过学生的思考、讨论、交流表达、总结规律，达到课堂教学真正的落实，最终帮助学生达到：用自己的眼睛去观察，用自己的头脑去分析，用自己的语言去表达，用自己的心灵去感悟。结合课程思政，学生在本节课的学习之后，不仅能够掌握动能的概念和动能定理的运用，还能从中得到课程思政方面的熏陶，提升科学人文素养，厚植家国情怀，逐渐树立起良好的个人品质。2018年，习近平总书记在全国教育大会上强调“培育德、智、体、美、劳全面发展的社会主义建设者和接班人”，提出“德智体美劳”的总体要求。为落实该要求，本教学设计将良好的道德品质的培养和科学思维的培养进行了较好的渗透。今后，还希望将物理学的简单美、对称美、和谐美等元素逐步融入物理教学中。

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