高一物理第五章 第七节动能和动能定理2课时教案 新课标 人教版 必修2Word文件下载.docx
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(实验演示或举例说明)
让滑块A从光滑的导轨上滑下,与静止的木块月相碰,推动木块做功.
让同一滑块从不同的高度滑下,可以看到什么现象?
让同一滑块从不同的高度滑下,可以看到:
高度大时滑块把木块推得远,对木块做的功多.
说明什么问题?
高度越大,滑到底端时速度越大,在质量相同的情况下,速度越大,对外做功的本领越强,说明物体由于运动而具有的能量越多.
让质量不同的木块从同一高度滑下,可以看到什么现象?
让质量不同的木块从同一高度滑下,可以看到:
质量大的滑块把木块推得远,对木块做的功多.
相同的高度滑下,具有的末速度是相同的,之所以对外做功的本领不同,是因为物体的质量不同,在速度相同的情况下,质量越大,物体对外做功的能力越强,也就是说物体由于运动而具有的能量越多.
那么把这个问题总结一下,得出的结论是什么呢?
[新课教学]
[实验探究]
影响小球动能大小的因素有哪些?
准备三个小球,其中两个质量相同,第三个质量大一些让学生回顾初中的实验。
一、动能的表达式
生(回答刚才的问题,总结实验结论):
物体的质量越大,速度越大,它的动能就越大.
师:
那么动能与物体的质量和速度之间有什么定量的关系呢?
我们来看这样一个问题.
(投影展示课本例题,学生讨论解决问题,独立完成推导过程)
设物体的质量为m,在与运动方向相同的恒定外力F的作用下发生一段位移L,速度由Vl增大到V2,如图5.7—2所示.试用牛顿运动定律和运动学公式,推导出力F对物体做功的表达式.
(投影展示学生的推导过程,让学生独立完成推导过程)
刚才这位同学推导得很好,最好是在推导过程中加上必要的文字说明,这样就更完美了.这个结论说明了什么问题呢?
生:
从W=这个式子可以看出,“”很可能是一个具有特定意义的物理量,因为这个物理量在过程终了时和过程开始时的差,正好等于力对物体做的功,所以“”就应该是我们寻找的动能的表达式.
师(鼓励):
这位同学总结得非常好,我们都要向他学习,我们在上一节课的实验探究中已经表明,力对初速度为零的物体所做的功与物体速度的平方成正比,这也印证了我们的想法。
所以动能应该怎样定义呢?
在物理学中就用这个物理量表示物体的动能,用符号Ek表示,Ek=.
动能是矢量还是标量?
动能和所有的能量一样,是标量.
国际单位制中,动能的单位是什么?
动能的单位和所有能量的单位一样,是焦耳,符号J.
1970年我国发射的第一颗人造地球卫星,质量为173kg,运动速度为7.2km/s,它的动能是多大?
根据计算可以得到我国发射的第一颗人造地球卫星正常运转的动能是4.48X109J
为了比较,我们再看这样一个例子;
质量为50kg、运动速度为8m/s的同学在跑步中的动能是多少?
通过计算我们可以知道这位同学具有的动能是1.6X103J.
如果这些能量全部转化为电能,能够使100W的灯正常工作多长时间?
可以使100W的电灯正常工作16s.
我们知道,重力势能和弹簧的弹性势能都与相对位置有关,那么动能有没有相对性呢?
动能也应该有相对性,它与参考系的选取有关。
以后再研究这个问题时,如果不加以特别的说明,都是以地面为参考系来研究问题的.大家再看这样一个例子:
父亲和儿子一起溜冰,父亲的质量是60kg,运动速度为5m/s,儿子的质量是30kg,运动速度为8m/s,试问父亲和儿子谁具有的动能大?
生1:
当然是父亲的动能大了.
你是怎样得出这个结论的呢?
生l:
质量大动能就大.
生2:
根据计算,儿子的动能要大于父亲的动能.
师(语重心长):
我们计算问题一定不要想当然,这样很容易出现错误,一定要有根据,分析问题要全面.
[课堂训练]
1.质量一定的物体……………()
A.速度发生变化时,其动能一定变化B.速度发生变化时,其动能不一定变化
C.速度不变时.其动能一定不变D.动能不变时,其速度一定不变
2.下列几种情况中,甲、乙两物体的动能相等的是………………()
A.甲的速度是乙的2倍,乙的质量是甲的2倍
B.甲的质量是乙的2倍,乙的速度是甲的2倍
C.甲的质量是乙的4倍,乙的速度是甲的2倍
D.质量相同,速度大小也相同,但甲向东运动,乙向西运动
参考答案
1.BC2.CD
二\动能定理
有了动能的表达式后,前面我们推出的W=,,就可以写成W=Ek2—Ek1=,其中Ek2表示一个过程的末动能,Ek1表示一个过程的初动能.
上式表明什么问题呢?
请你用文字叙述一下.
力在一个过程中对物体所做的功,等于物体在这个过程中动能的变化.
这个结论叫做动能定理.
如果物体受到几个力的作用,动能定理中的W表示什么意义?
如果物体受到几个力的作用,动能定理中的W表示的意义是合力做的功.
那么,动能定理更为一般的叙述方法是什么呢?
合力在一个过程中对物体所做的功,等于物体在这个过程中动能的变化.
结合生活实际,举例说明。
生1:
上一节课做实验探究物体速度与力做功之间的关系时,曾经采用的一种方法是平衡摩擦力,实际上这时小车受到的橡皮筋的拉力就等于物体所受的合力.
生2:
如果物体匀速下落,那么物体的动能没有发生变化,这时合力是零,所以合力做的功就是零.
生3:
例如,一架飞机在牵引力和阻力的共同作用下,在跑道上加速运动.速度越来越大,动能越来越大.这个过程中是牵引力和阻力都做功,牵引力做正功,阻力做负功,牵引力和阻力的合力做了多少功,飞机的动能就变化了多少.
合力做的功应该怎样求解呢?
我们经常用什么方法求解合力做的功?
合力做功有两种求解方法,一种是先求出物体受到的合力.再求合力做的功,一种方法是先求各个力做功,然后求各个力做功的代数和.
刚才我们推导出来的动能定理,我们是在物体受恒力作用且做直线运动的情况下推出的.动能定理是否可以应用于变力做功或物体做曲线运动的情况,该怎样理解?
当物体受到的力是变力,或者物体的运动轨迹是曲线时,我们仍然采用过去的方法,把过程分解为很多小段,认为物体在每小段运动中受到的力是恒力,运动的轨迹是直线,这样也能得到动能定理.
正是因为动能定理适用于变力做功和曲线运动的情况,所以在解决一些实际问题中才得到了更为广泛的应用.我们下面看一个例题:
投影展示例题,学生分析问题,讨论探究解决问题的方法.
一架喷气式飞机质量为5.0Xl03kg,起飞过程中从静止开始滑跑.当位移达到l=5.3X102m时,速度达到起飞速度v=60m/s。
在此过程中飞机受到的平均阻力是
飞机重力的0.02倍.求飞机受到的牵引力.
从现在开始我们要逐步掌握用能量的观点分析问题.就这个问题而言.我们已知的条件是什么?
已知初末速度,初速度为零,而末速度为v=60m/s,还知道物体受到的阻力是重力的0.02倍.
我们要分析这类问题,应该从什么地方人手呢?
还是应该从受力分析人手。
这个飞机受力比较简单,竖直方向的重力和地面对它的支持力合力为零,水平方向上受到飞机牵引力和阻力。
分析受力的目的在我们以前解决问题时往往是为了求物体的加速度,而现在进行受力分析的目的是什么呢?
目的是为了求合力做的功,根据物体合力做的功,我们就可以求解物体受到的牵引力.
请同学们把具体的解答过程写出来.
投影展示学生的解答过程,帮助能力较差的学生完成解题过程.
解题过程参考
用动能定理和我们以前解决这类问题的方法相比较,动能定理的优点在哪里呢?
动能定理不涉及运动过程中的加速度和时间,用它来处理问题要比牛顿定律方便.
动能定理能够解决变力做功和曲线运动问题,而牛顿运动解决这样一类问题非常困难.
下面大家总结一下用动能定理解决问题的一般步骤.
(投影展示学生的解决问题的步骤,指出不足,完善问题)
参考步骤
用动能定理解题的一般步骤:
1.明确研究对象、研究过程,找出初末状态的速度情况.
2.要对物体进行正确的受力分析,明确各个力的做功大小及正负情况.
3.明确初末状态的动能.
4.由动能定理列方程求解,并对结果进行讨论.
刚才这位同学分析得很好,我们现在再看例题2.
投影展示例题2
一辆质量为m,速度为v0的汽车在关闭发动机后于水平地面滑行了距离l后停下来,试求汽车受到的阻力.
这个问题和上一个问题的不同之处在哪里?
首先是运动状态变化的情况不同,上一个问题中飞机是从静止开始加速运动的,是初速度为零的加速运动,而这个问题中汽车是具有一个水平方向的初速度,速度逐渐减小的一个减速运动,最终的速度为零.
两个物体受力是不相同的,飞机受到的合力的方向和运动方向相同,而汽车受到的合力方向和运动方向相反。
生3:
它们的动能变化情况也不相同,飞机的动能是增加的,而汽车的动能是减小的.
这也说明一个问题,在应用动能定理时我们应该注意到,外力做功可正可负。
如果外力做正功,物体的动能增加;
外力做负功,物体的动能减少.现在大家把这个问题的具体的解答过程写出来.
(投影展示学生的解答过程,指导学生正确的书写解答过程)
参考解答过程
通过以前的学习我们知道,做功的过程是能量从一种形式转化为另一种形式的过程.在上面的例题中,阻力做功,汽车的动能到哪里去了?
汽车的动能在汽车与地面的摩擦过程中转化成内能,以热的形式表现出来,使汽车与地面间的接触面温度升高.
[小结]
本节课的内容是高中物理的一个重中之重,是高考中必考的内容之一,并且所占的比重非常大,所以要引起老师和学生的高度重视。
本节连同下一节内容(机械能守恒定律)是用能量观点解决问题的重要组成部分,这两节课后可以加适当的习题课加以巩固,也可以在本节课后就加一节习题课.本节课的内容不是十分复杂,在用牛顿定律推导动能定理时学生一般都能够自己推导,要放开让学生自己推导,以便学生对动能定理的进一步认识.
动能定理的应用当然是这一节课的一个关键,这节课不可能让学生一下子就能够掌握应用这个定理解决问题的全部方法,而应该教给学生最基本的分析方法,而这个最基本分析方法的形成可以根据例题来逐步让学生自己体会,这两个例题不难,但是很有代表性,分两种情况从不同角度分析合力做功等于动能的变化,一次是合力做正功,物体动能增加;
一次是合力对物体做负功,物体动能减少.可以在这两个题目的基础上,根据学生的实际情况再增加一些难度相对较大的题目以供水平较高的学生选用.但是这节课的主流还是以基础为主,不能本末倒置.
学生活动
作业
[布置作业]
教材21页问题与练习1,2,3,4,5.
板书设计
动能的表达式
1.推导过程
2.动能的表达式
3.动能的单位和标矢性
4.Ek=.
动能定理
1.内容:
2.公式表示;
W合=△Ek
3.例题:
分析
教
学
后
记
2019-2020年高一物理第五章第三节功率2课时教案新课标人教版必修2
5.3功率
1、理解功率的定义及额定功率与实际功率的定义。
2、,的运用
过程与方法
1、通常指平均功率,为瞬时功率
2、,分析汽车的启动,注意知识的迁移
情感、态度与价值观
感知功率在生活中的实际应用,提高学习物理科学的价值观。
理解功率的概念,并灵活应用功率的计算公式计算平均功率和瞬时功率。
正确区分平均功率和瞬时功率所表示的物理意义,并能够利用相关公式计算平均功率和瞬时功率。
教师启发、引导,学生自主阅读、思考,讨论、交流学习成果。
教学手段
多媒体课件
在学习了功之后,我们来回忆一下这样的问题:
力对物体所做的功的求解公式是什么?
功的定义式是W=F·
L·
cosa.
那么只用这一个式子就可以完全描述物体做功这个问题吗?
现在我们来看这样一个例子.
(多媒体分别演示两幅画面,并进行对比)
画面一:
一台起重机在1min内把lt重的货物匀速提到预定的高度.
画面二:
另一台起重机在30s内把1t货物匀速提到相同的高度.
这两台起重机做的功是不是一样呢?
两台起重机对物体做功的大小相同.
那么这两台起重机做功有没有区别呢?
区别是什么?
这两台起重机做功还是有区别的.区别就在于他们做功的快慢不一样.
为了进一步研究力对物体做功的快慢,我们进入这一节课的主题:
功率.
[新课教学]
一、功率
还是刚才这两台起重机,它们对物体做功的不同之处在哪里,请大家指出来.
生(同时回答):
它们做功的快慢不同.
怎样比较它们做功的快慢呢?
它们完成这些功所用的时间不同,第一台起重机做功所用时间长,我们说它做功慢;
第二台起重机做同样的功,所用的时间短,我们说它做功快.
这样研究的前提条件是什么?
它们做的功相同,在做功大小相同的条件下比较所用的时间,时间越短,做功越快.
还有没有其他的比较方法?
如果时间相同,可以比较做功的多少.在相同的时间内做功越多.做功越快.
做功快慢的比较有两种方式:
一是比较完成相同的功所用的时间;
另一是比较在相同的时间内完成的功.如果时间不同,力对物体做的功也不同,那么怎样比较力做功的快慢?
我们可以用力对物体做的功和物体所用时间的比值来表示.
在物理学中,一个力所做的功W跟完成这些功所用时间t的比值w/t,叫做功率.用p表示,则P=w/t.那么功率的物理意义是什么?
功率是描述力对物体做功快慢的物理量.
上式是功率的定义式,也是功率的量度式,P与w、t间无比例关系,做功的快慢由做功的物体本身决定.根据这一公式求出的是平均功率,同时这个公式变形后给我们提供了一种求功的方法:
W=pt.根据公式,功率的单位是什么?
由功率的定义式可知,功率的单位由功和时间的单位决定,功率的单位应该是J/s.
我记得初中所学的功的单位是瓦特,符号是W.
这两种表示方法是等效的,以后我们就用瓦特作为功率的单位,符号是w.除了瓦特这个单位之外,功率还有一些常用单位,例如千瓦(kW),它和W之间的换算关系是1kW=1000W.另外还有一个应该淘汰的常用单位马力,1马力=735W.
功率的这种定义方法叫做什么定义方法?
比值定义法.
我们以前学过的哪一个物理量也是用这种方法来进行定义的?
生l:
这样定义的物理量非常多,例如密度的定义是质量和体积的比值,压强的定义是压力和面积的比值,电阻的定义是电压和电流的比值等等.
高中物理中的速度的定义是位移和时间的比值,加速度是速度变化量和时间的比值.
某一个物理量与时间的比值叫做这个物理量的变化率,速度是位移的变化率,加速度是速度的变化率,功率应该叫做功的变化率.你还能不能举出这样的例子?
一天内温度在不同时段变化的快慢是不一样的,我们就可以用温度的变化率来表示温度变化的快慢.
刚才这位同学举的例子很好,希望同学们仔细观察,找出更多的这种表示的例子.
公式p=w/t是平均功率还是瞬时功率?
p=w/t指平均功率.
我觉得用这个公式也可以表示瞬时功率,当△t→0。
时,即表示瞬时功率.
师(微笑鼓励):
这位同学补充得非常好.我们在什么地方也学过这种方法?
在对速度进行定义时我们也用了这种方法,速度的定义式是v=x/t,这个公式即可以表示平均速度,也可以表示瞬时速度,方法是当△t→0时,公式表示的速度就是瞬时速度.
这种方法叫做极限的方法,我们在今后学习中有很多地方要用到这种方法,希望大家认真体会.
下面大家阅读教材7页“额定功率和实际功率”一段,提出问题,你对“额定功率和实际功率”是怎样理解的?
学生阅读课本相关内容,思考并回答老师的提问.
[交流与探究]
把一枚硬币放在书的封面上,打开书的封面形成一个斜面,并使硬币开始下滑,如图5.3—1所示.仔细分析一下,在下滑的过程中硬币共受到几个力的作用?
哪些力做正功?
哪些力做负功?
哪些力没有做功?
如果使斜面的倾角增大,情况会有什么变化?
倾角增大时,功率是否也增大?
二、额定功率和实际功率
实际功率:
指机器工作中实际输出的功率.额定功率:
指机器正常工作时的最大输出功率,也就是机器铭牌上的标称值.
额定功率和实际功率的关系是什么?
机器不一定都在额定功率下工作.实际功率总是小于或等于额定功率.实际功率如果大于额定功率容易将机器损坏.
那么在机车启动和运行过程中,发动机的功率是指的牵引力的功率还是合外力的功率?
应该是指的牵引力的功率,因为发动机是提供牵引力的.
在功的公式中功与力和位移有关,功率的定义式中功率与功和时间有关,那么功率和速度又有什么关系呢?
大家通过几个相关的公式来推导一下.
三、功率和速度
(学生思考老师提出的问题,推导功率与速度的关系式)
根据功的计算式w=FLcosa和功率的计算公式P=w/t,可以得到P=FLcosa/t,而L/t=v,所以P=Fvcosa.
a指的是什么?
什么时候a=0?
a指的是受力方向和速度方向的夹角,当力的方向和速度方向在一条直线上时,a=0.
我们把这个公式简化一下,当a=o时P=Fv,那么这个公式是表示的平均速度还是瞬时速度呢?
公式p=Fv中若v表示在时间t内的平均速度,p就表示力F在这段时间t内的平均功率;
如果时间t取得足够小,公式P=Fv中的v表示某一时刻的瞬时速度时,P表示该时刻的瞬时功率.
问题:
汽车等交通工具在启动和行驶过程中,其牵引力和行驶速度是怎样变化的?
请同学们阅读教材相关内容,用自己的话加以解释。
根据公式P=Fv:
①当功率P一定时,F与v成反比,即做功的力越大,其速度就越小。
当交通工具的功率一定时,要增大牵引力,就要减小速度。
所以汽车上坡时,司机用换档的办法减小速度来得到较大的牵引力。
②当速度v一定时,P与F成正比,即做功的力越大,它的功率就越大。
汽车从平路到上坡时,若要保持速率不变,必须加大油门,增大发动机功率来得到较大的牵引力。
③当力F一定时,功率P与速度v成正比,即速度越大,功率越大。
起重机吊起同一物体时以不同的速度匀速上升,输出的功率不等,速度越大,起重机输出的功率越大。
[讨论与交流]
有同学认为:
根据p=Fv。
,机械的功率p一定,F与v成反比,那么,当v趋于零时,F将趋于无穷大;
当F趋于零时,v趋于无穷大.因此,哪怕功率较小的机械,也可能获得很大的牵引力或很大的运动速度.你对此有何看法?
同学们展开讨论,发表各自的观点.
[小结]
本节讲述功率的概念、功率公式的应用.功率的概念、功率的物理意义是本节的重点内容,如果学生能懂得做功快慢表示的是能量转化的快慢,自然能感悟出功率实际上是描述能量转化快慢的物理量.要使学生确切地理解公式p=Fv的意义,要通过例题的教学,使学生会应用基本公式进行计算,对平均功率和瞬时功率有所理解.
瞬时功率的概念学生较难理解,这是难点.学生往往认为,在某瞬时物体没有位移就没有做功问题,更谈不上功率了.如果学生没有认识到功率是描述能量转化快慢的物理量,这个难点就不易突破,因此,在前面讲清楚功率的物理意义很有必要,它是理解瞬时功率概念和物理意义的基础.
关于发动机的额定功率与汽车的最大速率之间的关系,最好采用课后专题讲座的形式进行,以便通过分析汽车由开动到匀速行驶的物理过程,使学生养成分析物理过程的习惯,避免简单地套用公式.
这里可以增加一节习题课,对前三节也就是第一单元进行复习,总结这几节的规律.
关于功率的计算
[例1]质量m=3kg的物体,在水平力F=6N的作用下,在光滑水平面上从静止开始运动,运动时间t=3s,求:
(1)力F在t=3s内对物体所做的功。
(2)力F在t=3s内对物体所做功的平均功率。
(3)在3s末力F对物体做功的瞬时功率。
解析:
物体在水平力F的作用下,在光滑水平面上做初速度为零的匀加速直线运动,根据牛顿第二定律,可求出加速度a=
=2m/s2,则:
物体在3s末的速度v=at=6m/s物体在3s内的位移s=at2=9m
(1)力F做的功W=Fs=6×
9J=54J
(2)力F在3s内的平均功率P=
=18W(或W=18W)
(3)3s末力F的瞬时功率P=Fv=6×
6W=36W
关于机车的启动问题
[例2]汽车发动机的额定功率为60kW,汽车质量为5t,汽车在水平路面上行驶时,阻力是车重的0.1倍,g取10m/s2,问:
①汽车保持额定功率从静止起动后能达到的最大速度是多少?
②若汽车保持0.5m/s2的加速度做匀加速运动,这一过程能维持多长时间?
①当牵引力F大小等于阻力f时,汽车的加速度a=0,速度达到最大值vm,据公式P=Fv,可得出汽车最大速度vm
P额=Fv=fvm
12m/s
②汽车做匀加速运动所能维持的时间应该从开始到汽车达到额定功率的时候,设汽车做匀加速运动时的牵引力为F牵,阻力为f,据牛顿第二定律,有
F牵=f+ma=0.1mg+ma=7500N
当汽车的功率增大到额定功率时,汽车做匀加速过程结束,设这时汽车的速度为v′m,据功率公式P=Fv得:
8m/s
设汽车能维持匀加速运动的时间为t0,则:
vm′=at0
得:
t0=vm′/a=16s
5.3功率学案
基本概念
一、功率
功率是描述做功快慢的物理量,其定义式为
在国际单位制中,功率的单位是,简称,符号是
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