高一物理功和能量變化的關(guān)系.doc

.第五章 E 功和能量變化的關(guān)系一、教學(xué)任務(wù)分析從知識(shí)體系上看，功和能量變化的關(guān)系不僅將功和能量聯(lián)系起來，更是把運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)、功、能的知識(shí)融合在一起，運(yùn)用功能關(guān)系解決問題即是對(duì)所有力學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用。同時(shí)，功能關(guān)系是理解能量守恒和能量轉(zhuǎn)化定律的基礎(chǔ)。因此本節(jié)課是物理學(xué)習(xí)中的一個(gè)重要內(nèi)容。學(xué)習(xí)本節(jié)課需要以功、動(dòng)能、重力勢(shì)能、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)等相關(guān)知識(shí)為基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)的引入部分要求學(xué)生完成指定的任務(wù)，然后仔細(xì)分析完成任務(wù)的過程，發(fā)現(xiàn)能量變化的過程中總伴隨著有力在做功，從而引出能量的變化與力做功有關(guān)。然后在兩個(gè)不同的情景中分別對(duì)動(dòng)能和重力勢(shì)能變化的過程中力做功的情況進(jìn)行仔細(xì)的討論，得出動(dòng)能的變化與外力做功的關(guān)系、重力勢(shì)能的變化與重力做功的關(guān)系。最后，在教師的指導(dǎo)下，將能量的變化與功的關(guān)系，即功是能量變化的量度推廣到所有能量的變化。本設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過自主活動(dòng)，在解決問題的過程中，逐步形成新的知識(shí)、規(guī)律。在運(yùn)用動(dòng)力學(xué)、功能關(guān)系兩種方法解決問題的過程中，通過比較感受兩種解決問題的方法的不同之處。在得出結(jié)論功是能量變化的量度這一結(jié)論時(shí)，學(xué)生可以感悟到物質(zhì)世界的普遍聯(lián)系。二、教學(xué)目標(biāo)1知識(shí)與技能（1）知道功是能量變化的量度，理解功與能的關(guān)系。（2）會(huì)用外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系和重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系進(jìn)行簡單計(jì)算。（3）知道功是過程物理量，能是狀態(tài)物理量。2過程與方法（1）利用已有的知識(shí)，在自主解決問題的過程中，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)和建立新規(guī)律的過程。（2）在運(yùn)用動(dòng)力學(xué)、功能關(guān)系兩種方法解決問題的過程中，運(yùn)用比較的方法，感受新方法的便捷之處。3情感、態(tài)度與價(jià)值觀（1）在力學(xué)量和運(yùn)動(dòng)學(xué)量之間再次發(fā)現(xiàn)新的關(guān)系的過程中，感悟到世界的不斷變化與緊密聯(lián)系。（2）在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過自主活動(dòng)逐步形成新規(guī)律的過程，體驗(yàn)學(xué)習(xí)的艱辛和成功的喜悅。三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)： 理解合外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系，重力做功與勢(shì)能變化的關(guān)系，即功是能量變化的量度，并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。難點(diǎn)： 理解外力做正功時(shí)動(dòng)能增加，重力做正功時(shí)重力勢(shì)能減少。四、教學(xué)資源器材：玩具小車、籃球、橡皮筋五、教學(xué)設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括三個(gè)方面：一是通過做功的方式可以改變物體的能量，二是動(dòng)能的改變可以通過合外力做功來量度、重力勢(shì)能的變化可以用重力做的功來量度以及相關(guān)的計(jì)算，三是功是能量變化的量度。本設(shè)計(jì)的基本思路是：由演示實(shí)驗(yàn)從定性的角度引出做功可以改變物體的能量，然后在學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)上、在解決問題的過程中，使動(dòng)能和重力勢(shì)能兩種能量的變化分別與哪些力做的功有關(guān)、有怎樣的關(guān)系、如何運(yùn)用這些關(guān)系等問題逐漸明朗；最后，教師予以提升：不僅是動(dòng)能和重力勢(shì)能的變化，所有能量的變化都對(duì)應(yīng)某個(gè)（或某些）力做的功。本設(shè)計(jì)要突出的重點(diǎn)是：學(xué)生在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過自主活動(dòng)，逐步理解動(dòng)能的變化與合外力做功的關(guān)系、重力勢(shì)能的變化與重力做功的關(guān)系，并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。本設(shè)計(jì)要突破的難點(diǎn)是：外力做正功時(shí)，動(dòng)能增加；重力做正功，重力勢(shì)能減少。這些規(guī)律，均是學(xué)生在自主解決問題的過程中逐步發(fā)現(xiàn)的，較容易接受。 本設(shè)計(jì)主要針對(duì)兩種能量即動(dòng)能和重力勢(shì)能的變化與哪些力做功有關(guān)展開討論，在建立功是能量轉(zhuǎn)化的量度的基本認(rèn)識(shí)的過程中，學(xué)會(huì)解決問題的一種新方法功能關(guān)系的運(yùn)用，并在與牛頓運(yùn)動(dòng)定律的方法進(jìn)行比較的過程中，體會(huì)兩種方法各自的特點(diǎn)。學(xué)生曾經(jīng)運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律在運(yùn)動(dòng)學(xué)量與力學(xué)量之間建立了聯(lián)系，而在本節(jié)課上功能關(guān)系的運(yùn)用再次將力學(xué)量與運(yùn)動(dòng)學(xué)量聯(lián)系起來，在這一過程中，學(xué)生可以感悟到物質(zhì)世界的不斷變化與緊密聯(lián)系。完成本設(shè)計(jì)的內(nèi)容約需1課時(shí)。六、教學(xué)流程活動(dòng)III簡單應(yīng)用活動(dòng)II解決問題動(dòng)能的變化用外力做功來量度1教學(xué)流程圖 活動(dòng)I完成指定任務(wù)做功可以改變物體的能量重力勢(shì)能的變化用重力做功來量度活動(dòng)V簡單應(yīng)用活動(dòng)IV討論交流功是能量轉(zhuǎn)化的量度活動(dòng)VI師生互動(dòng)2流程圖說明活動(dòng)I 提供器材，請(qǐng)學(xué)生完成任務(wù)請(qǐng)學(xué)生通過操作實(shí)驗(yàn)、回答問題找出使物體的動(dòng)能、重力勢(shì)能或彈性勢(shì)能發(fā)生變化方法，然后分析其中的過程，發(fā)現(xiàn)不管是哪個(gè)過程都伴隨著有力對(duì)物體做功（或負(fù)功），從而得出做功可以改變物體的能量活動(dòng)II 研究動(dòng)能的變化與什么力做功有關(guān)，有怎樣的關(guān)系一質(zhì)量為m的物體靜止在水平地面上，在一水平拉力F的作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的過程中還受到地面的阻力f的作用，求運(yùn)動(dòng)s的過程中物體增加的動(dòng)能是多少？外力對(duì)物體所做的功分別是多少？若運(yùn)動(dòng)s時(shí)撤去F，物體還能克服f做多少功？在解決這一問題的的同時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)：物體動(dòng)能的增加量就等于外力做功的和，或是合外力做的功；合外力做正功，動(dòng)能增加，合外力做負(fù)功，動(dòng)能減少。活動(dòng)III 簡單應(yīng)用利用外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系解決具體問題，比較兩種方法，體會(huì)各自的特點(diǎn)。活動(dòng)IV 研究重力勢(shì)能的變化與什么力做功有關(guān)，有怎樣的關(guān)系研究籃球在不同的運(yùn)動(dòng)過程中，其重力勢(shì)能的變化、力做功的情況，發(fā)現(xiàn)重力勢(shì)能的變化與重力做功的關(guān)系。 活動(dòng)V 簡單應(yīng)用解決教材P57示例2的問題，進(jìn)一步理解重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系?；顒?dòng)VI 師生互動(dòng)，將結(jié)論進(jìn)一步推廣歸納并推廣結(jié)論：某種能量的變化過程總伴隨著某個(gè)（些）做功的過程，能量是狀態(tài)量，功是過程量；可用力做功的多少來量度能量的變化，即功是能量變化的量度。3教學(xué)的主要環(huán)節(jié) 本設(shè)計(jì)可分為三個(gè)主要的教學(xué)環(huán)節(jié)。第一環(huán)節(jié)，通過對(duì)實(shí)際過程的分析得出物體的能量變化的過程即力做功的過程。第二環(huán)節(jié)，確認(rèn)動(dòng)能的變化與外力做功的關(guān)系、重力勢(shì)能變化與重力做功的關(guān)系，并運(yùn)用功、能關(guān)系進(jìn)行簡單計(jì)算。 第三環(huán)節(jié)，將結(jié)論推廣：功是能量變化的量度。七、教案示例（一）引出能量的變化與做功有關(guān)提供玩具小車（無電動(dòng)裝置）、籃球、橡皮筋等器材，提出任務(wù)：任務(wù)1：增加原來靜止小車的動(dòng)能任務(wù)2：改變籃球的重力勢(shì)能任務(wù)3：增加橡皮筋的彈性勢(shì)能請(qǐng)學(xué)生通過操作完成任務(wù)，并演示。小結(jié)和引導(dǎo)：仔細(xì)觀察和分析上述能量變化的過程，發(fā)現(xiàn)都有力的作用和發(fā)生一段位移，即都有做功的過程。我們可以得出這樣的初步結(jié)論：能量變化的過程與力做功有關(guān)。下面我們就具體的探究我們比較熟悉的動(dòng)能、重力勢(shì)能的變化分別與那些力做的功有關(guān)，有怎樣的關(guān)系。（二）探究動(dòng)能、重力勢(shì)能的變化分別與外力、重力做功的關(guān)系1動(dòng)能的變化任務(wù)1：一質(zhì)量為m的物體靜止在水平地面上，在一水平拉力F的作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中還受到地面的阻力f的作用，求物體運(yùn)動(dòng)s的過程中增加的動(dòng)能是多少？外力對(duì)物體所做的功分別是多少？若運(yùn)動(dòng)s時(shí)撤去F，物體還能克服f做多少功？結(jié)論：物體增加的動(dòng)能與外力做的總功的多少相等，物體減少的動(dòng)能與外力對(duì)物體做的負(fù)功的多少相等。任務(wù)2：教材P53示例1請(qǐng)學(xué)生比較兩種解法的不同之處，并請(qǐng)個(gè)別學(xué)生在全班交流。結(jié)論：對(duì)力和運(yùn)動(dòng)的問題，我們除了用牛頓定律解決之外，還可以用功和動(dòng)能變化之間的關(guān)系來解決，并且新的方法更便捷，不涉及中間過程。2重力勢(shì)能的變化任務(wù)1：請(qǐng)將下列表格填寫完整運(yùn)動(dòng)過程（籃球質(zhì)量為m）重力勢(shì)能的變化所受力做的功手用力F托著籃球向上運(yùn)動(dòng)h的距離增加mghF：Fh； 重力：-mgh被拋出的籃球豎直方向上升h的距離增加mgh重力：-mgh籃球自由下落h的距離減少mgh重力：mgh籃球沿斜面運(yùn)動(dòng)，豎直方向下降h的高度減少mgh重力：mgh結(jié)論：重力的勢(shì)能增加多少，重力就對(duì)物體做等量的負(fù)功；重力勢(shì)能減少多少，重力就對(duì)物體做等量的功，所以可以用重力做功來量度重力勢(shì)能的變化。任務(wù)2：教材P54示例2（三）功是能量轉(zhuǎn)化的量度今天，通過大家的努力我們確認(rèn)了動(dòng)能的變化可以用外力做的總功來量度，重力勢(shì)能的變化可以用重力做的功來量度