赫尔巴特五步教学法教学案例-(4)

赫尔巴特“五步教学法”教学案例贵州省瓮安县珠藏中学李华550416课题：动能动能定律一．预备；唤起学生已有的旧概念，提出问题，说明目的。我们在初中学过，物体由于运动而具有的能就叫做动能，物体的动能跟物体的质量和速度都有关系。那么，到底物体的动能与什么因素有关？物体的动能跟物体的质量、速度有什么关系？这就是今天我们要研究的问题。二．提示，提出新课题，讲解新内容。【演示实验】：如右图所示，让滑块A从光滑的轨道上滑下，与木块B相碰，推动木块做功。学生描述看到的现象：a．让滑块A从不同的高度滑下，可以看到，高度大时把木块B推得远，对木块做的功多。b．让质量不同的木块从不同的高度下滑，可以看到；质量大的木块把木块推得远，对木块做的功多。从功能关系的定性分析可以得到，物体的质量越大、速度越大，则它的动能就越大。三．联结，把新旧知识相比较，建立他们之间的联系。【物理情景Ⅰ】：质量为m的物体以初速度为V1=0自由落下，当下落距离为h时，速度为V2。【物理情景Ⅱ】：一个初速为V1，质量为m的物体，在与运动方向相同的恒定外力F的作用下发生一段位移S，速度增加到V2。【物理情景Ⅲ】：一个初速为V1，质量为m的物体，在粗糙的水平面上在摩擦力f的作用下，发生一段位移S，速度减小到V2。【物理情景Ⅳ】：一个初速为V1，质量为m的物体，在与运动方向相同的恒定外力F的作用下，沿粗糙的水平面上运动了一段位移，速度为V2,其运动过程中受到的摩擦力为f。由前面所学的知识，归纳、推导出结论填入下表：物理情景结论Ⅰmgh=1/2mv22-1/2mv12=1/2mv22ⅡFS=1/2mv22-1/2mv12Ⅲ-fS=1/2mv22-1/2mv12ⅣFS-fS=1/2mv22-1/2mv12【结论1】：物体只受重力作用，重力对物体做的功等于1/2mv2这个物理量的变化。【结论2】：物体在只受一个动力的情况下，外力对物体做的功等于1/2mv2这个物理量的变化。【结论3】：物体在只受一个阻力的情况下，外力对物体做的功等于1/2mv2这个物理量的变化。【结论4】：物体在受阻力和动力的情况下，外力对物体做的功等于1/2mv2这个物理量的变化。四．总结，概括，得出结论。通过上面的推导，我们可以得到：合外力F所做的功等于1/2mv2的变化。根据功能关系，合外力F做的功等于物体动能的变化。引导学生总结概括得出以下结论：1.动能【概念】：物体由于运动而具有的能量叫做动能。物体的动能等于物体质量与物体速度的二次方的乘积的一半。【定义式】：Ek=1/2mV2，（V是瞬时速度）【单位】：焦耳（J）【说明】：a.动能具有标量性，且只有正值。动能与速度的方向无关。b．动能具有瞬时性。在某一时刻，物体具有一定的速度，也就具有一定的动能。动能是一个状态量，与物体在某一时刻的速度相对应。c．动能具有相对性。对与不同的参考系，物体的速度有不同的瞬时值，也就具有不同的动能，一般都以地面为参考系研究物体的运动。d．动能具有不可突变性。物体的动能不会发生突变，它的改变需要一个过程，这个过程就是外力对物体做功的过程或物体对外做功的过程。2.动能定理【内容表述】：合外力所做的功等于物体动能的变化。【表达式】：W=Ek2-Ek1。（W是合外力所做的总功，Ek1、Ek2分别表示初、末状态的动能。若初、末速度分别是v1、v2，则Ek1=1/2mv12,Ek2=1/2mv22）.【物理意义】：动能定理揭示了外力对物体所做的总功与物体动能变化之间的关系，变化的大小由合外力做功的多少来量度。【说明】：①：动能定理既适用于恒力作功过程，也使用于变力作功过程。②：动能定理既适用于物体做直线运动的情况，也适用于物体做曲线运动的情况。③：动能定理的研究对象既可以是单个物体，也可以是几个物体所组成一个系统。④：动能定理的研究过程可以是针对运动过程中的某个具体过程，也可以是针对运动的全过程。⑤：动能定理的计算式为标量式，v为相对同一参考系的速度。⑥：在W=Ek2-Ek1中，W为物体所受所有外力对物体做功的代数和，正功取正值计算，负功取负值计算；Ek2--Ek1为动能的增量，即为末状态的动能与初状态的动能之差，而与物体运动的过程无关。五：应用，运用所学知识，解答问题，进行练习。【例1】：如图所示，物体从高为h的斜面体的顶端A由静止开始滑下，滑到水平面上的B点停止，A到B的水平距离为S，已知：斜面体和水平面都由同种材料制成。求：物体与接触面间的动摩擦因数？【解析】：(方法一，过程分段法)设物体质量为m，斜面长为l，物体与接触面间的动摩擦因数为μ,斜面与水平面间的夹角为θ，滑到C点的速度为V，根据动能定理有:物体从C滑到B,根据动能定理得:联立上式解得：方法二：过程整体法联立解得：【点评】：若物体运动过程中包含几个不同过程，应用动能定理时，可以分段考虑，也可以以全过程为一整体来处理。往往全过程考虑比较简单。【例2】：如图所示，光滑水平桌面上开一个光滑小孔，从孔中穿一根细绳，绳一端系一个小球，另一端用力F1向下拉，以维持小球在光滑水平面上做半径为R1的匀速圆周运动，如图所示，今改变拉力，当大小变为F2，使小球仍在水平面上做匀速圆周运动，但半径变为R2，小球运动半径由R1变为R2过程中拉力对小球做的功多大？【解析】：设半径为R1和R2时小球的圆周运动的线速度大小分别为υ1和υ2有向心力公式得:同理:由动能定理得:联立得:221112WFRFR【点评】:绳的拉力作为小球做圆周运动的向心力,是变力,变力做功不能应用公式W=FS直接运算,但可通过动能定理等方法求解较为方便。【例3】：如图所示，质量为M的木块放在光滑水平面上，现有一质量为m的子弹以速度υ0射入木块中，设子弹在木块中所受阻力不变，大小为Ff，且子弹未射穿木块。若子弹射入木块的深度为D，则木块向前移动距离是多少？系统损失的机械能是多少？【解析】：以子弹、木块组成系统为研究对象。系统水平方向不受外力，故水平方向动量守恒。据动量守恒定律有：2111mvFR2222mvFR22211122Wmvmv21cos2cosDCmghmglmvlShScos0cosCBCBmghmglmgSlSShSmυ0=(M+m)υ(设υ0方向为正)υ=0mMm子弹打入木块到与木块有相同速度过程中摩擦力做功：对子弹－Ffs子=21mυ2－21mυ20①对木块Ffs木=21Mυ2②由运动草图可知：S木=S子－D③由式①，②，③解得：s木=mMmD①+②有21(M+m)υ2－21mυ20=Ff(s子－s木)21(M+m)υ2－21mυ20=－FfD即FfD=21mυ20－21(M+m)υ2△Ek=21mυ20－21(M+m)·2202)(Mmm=20)(2mMMm【点评】：子弹和木块相互作用过程中，子弹的速度由υ0减为υ，同时木块的速度由0增加到υ，对于这样的一个过程，因为其间的相互作用力为恒力，所以我们可以从牛顿运动定律、能量观点、动量观点三条不同的思路进行研究和分析，类似这样的问题都可以采用同样的思路。一般都要首先画好运动草图。