在实验与理论结合中进行有效探究——“动能和动能定理”教学设计及反思，本文主要内容关键词为：动能论文,定理论文,教学设计论文,理论论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、引入过程 通过生活中的现象加深学生对动能的感知，投影图片：子弹穿过苹果、洪水冲坏房屋和狂风吹翻雨伞，如图1、图2、图3。
师：生活中我们能感受到下面的情况，物体由于运动而具有能量，这样的能量我们称为“动能”。投影：动能定义：物体由于运动而具有的能量。 （设计意图：从学生对动能的感受出发，得出动能的定义，并进一步进行研究。） 二、探究动能的表达式 师：对于动能我们有粗浅的认识，可能和哪些因素有关？ 生：质量、速度。质量越大，动能越大；速度越大，动能越大。 师：但动能与速度的一次方成正比呢，还是与速度的二次方成正比呢？或者与速度之间有更复杂的函数关系呢？你打算怎样探究？ 生实验探究，理论探究。 师：力对物体做功改变物体的动能，力对物体做功会改变它的速度。为此在上一节内容中通过“功”这个桥梁把动能和速度连接起来，探究它们的定量关系。某位同学以牵引力对小车做功为纵坐标，以小车获得速度为横坐标得到图4。
观察发现功和速度之间的关系无法从图像中直接得出结论，另一位同学又以牵引力对小车做功为纵坐标，以小车获得速度的平方为横坐标得到图5。
（设计意图：回顾上一节内容“探究功与速度变化的关系”，进一步让学生理清为什么要研究功与速度的关系，目的是研究动能与速度的关系。同时利用实验得到的结论，进一步用半定量的方法探究动能表达式。） 师：我们在一个特殊的情况下得到力对物体做的功与物体速度变化的关系，即W∝
。尝试写成等式的关系。 生：W=
。 师：如何理解W=
中的k？ 生1：k是一个常数。 生2：k是有单位的。 师：那么k的单位是什么呢？
师：k的单位是kg，那么k就是质量m吗？是否可以写成W=
？ 生：不可以，可能存在一个系数。 师：W=
等式两侧可能的物理意义是什么？你猜想动能的表达式可能是什么？ 生：由于牵引力做功，物体获得动能。
能是动能的表达式。 （设计意图：引导学生对实验结果分析，得到动能的半定量形式，由于实验进一步得出结论有一定的困难，进一步进行理论探究。） 师：从实验上得到更精确的结论已经有一定的难度，我们是不是换种方法研究？ 生理论探究。 师：实验探究是一个特殊的情况，初速度为0，为了探究更一般的情况，我们令物体初速度为
。 理论探究：如图6，一个物体质量为m，初速度为
，在与运动方向相同的恒力F作用下发生一段位移，速度增加到
，求F对物体做的功（用m、
、
表示）。 学生推导（并实物投影展出）：
解：由W=Fl……① F=ma……②
解①②③得
师：在找到动能的表达式之前，我们先回忆一下重力势能的定义式是怎样得来的。 生：重力做功与路径无关，重力做功是引起重力势能变化的原因，
，我们定义mgh为重力势能的表达式。 师：那么弹性势能的定义式是怎样得来的？ 生：弹力做功与路径无关，弹力做功是引起弹性势能变化的原因，我们用和重力势能类比的方法，得到了弹性势能的表达式。 师：力在一个过程中对物体做功，是引起物体动能变化的原因，
根据刚刚的推导，你认为动能的表达式应该是什么？ 生：
符合实验中动能与质量、速度的关系，就是找寻的动能的表达式。 师投影：动能大小：
（设计意图：通过严谨的理论探究，并与重力势能定义式的得出进行类比，由功与能量的关系，得出动能的定义式。） 师：我们进一步理解一下动能，动能有正负吗？ 生：动能大于零
＞0。 师：动能单位是什么？ 生：单位J。 师：动能有方向吗？ 生1：没有方向，是标量。由推导过程
，因为功是标量，所以动能也是标量。 生2：由能量的意义来看，由于能是标量，动能是能的一种表现形式，所以也是标量。 师：
中的速度是什么速度？ 生：瞬时速度。 师：瞬时速度反映了物体在某一时刻或某一位置的状态，是状态量。因此动能反映的也是物体在某一时刻或某一位置的状态，也是状态量。 师：那这个速度选谁作参考系呢？ 生：可以任意选取。 师：选不同的参考系，v就不同，v具有相对性，
，故动能也具有相对性。我们一般选地面作参考系。 （设计意图：通过层层追问，使学生对动能的理解剥茧抽丝，全面到位。） 师：不到一节课的时间我们就得到了动能的表达式，在物理学史上历时200多年才完成这个任务。 1686年德国数学家莱布尼茨首次提出用
来量度力，并称之为“活力”。英国物理学家托马斯·杨提出用“能”代替“活力”，但相当长时间内没有为人接受。1829年法国物理学家科里奥利在计算机械效率时仍在用“活力”这个词，只不过用
代替了
。直到19世纪50年代以后，“能”这个术语才被物理学界广泛承认和应用。 （设计意图：通过对动能的物理学史的了解，使学生了解到科学家们积极探索、追求真理的精神，以及为获得真理而经历的曲折而漫长的过程。） 三、动能定理的建立 师：对刚刚推导的结果，
，我们进一步进行分析。等式两侧分别代表什么？上式是在什么条件下得出的？ 生1：W是力对物体做的功，等式右侧是物体在末状态的动能减去初状态的动能。 生2：上式中只有一个力做功。 师：如果上述问题中，物体与水平面间存在摩擦力f，则表达式
中的W是什么？（如图7）
生：外力做的总功。 师：我们把刚刚得到的结论称为“动能定理”。投影：动能定理（1）内容：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。
师：力对物体做功可正可负，当外力对物体做的总功为正功时，物体动能怎么变？若为负功呢？ 生：外力对物体做的总功为正功时，物体动能增加；外力对物体做的总功为负功时，物体动能减少。 （设计意图：通过刚刚的理论推导进行外延，从而使学生理解W为外力对物体做的总功，并建立动能定理，理解外力做功与物体的动能的关系。） 四、应用动能定理的建立 例：如图8，一物体静止在粗糙的水平桌面上，已知m=2kg，μ=0.2，现用水平外力F=10N拉其运动L=1m后，立即撤去水平外力F（g取10m/
），求：（1）撤去外力F时物体的速度
。
引导学生分别用牛顿第二定律和动能定理解题，从而比较二者的优缺点。在不涉及加速度、时间时，用动能定理角题较为简便。并进一步总结应用动能定理解题的步骤：①明确研究对象和运动过程；②受力分析，确定各个力做功的情况；③明确初末态动能；④列方程求解。 （2）如图9，若撤去外力F时物体离桌边距离S=0.25m，求物体离开桌边时的速度
。
引导学生分析总结在多过程问题中动能定理也适用，并进一步比较全过程动能定理和牛顿第二定律的优缺点。 （3）如下页图10，若已知桌高h=1.25m，物体以速度
，做平抛，求物体落地时的速度
大小。 引导学生分析总结，得出在曲线运动中，动能定理也适用，且更加简便。
（4）如图11，若物体落到和地面等高处，无能量损失地进入光滑轨道，设在轨道连接处无能量损失。求物体可以上冲距地面的最大高度
。 进一步感受到动能定理解题的优越性。
（设计意图：通过一题多变，学生初步运用动能定理解题，并总结解题步骤。进而通过具体的例子感受动能定理在曲线运动中也适用。） 思考：1.在变力做功的情况下还适用吗？2.做功的过程是能量转化或者转移的过程，上述例题中，阻力做功，物体的动能去哪儿了？ （设计意图：为下节进一步应用动能定理解题进行铺垫，并渗透“能量守恒”的概念。） [教学反思] 人教版教材中，“动能和动能定理”这节内容位于“探究功与速度变化的关系”与“机械能守恒定律”之间。本节内容是前一节实验探究的延续，因此本节课从上节的实验结论入手，研究动能和哪些因素有关，分别沿着定性、半定量、定量，从实验探究到理论探究的路线，通过与重力势能、弹性势能定义式的得出进行类比，依据功是能量转化的量度，得出动能的表达式和动能定理，并运用动能定理解决简单的问题。本节内容在教材中的地位是承前启后，为接下来学习机械能守恒定律和能量守恒定律打下基础。 学生的认知构成可以分为现有知识构成和最近发展区两部分，无论怎样的教学设计，都要从学生现有认知水平出发，设计位于学生最近发展区的问题，使学生能“跳一跳，够得到”。因而本节课在问题设计上有层层递进的问题串，也有发散的问题树。 物理学科虽然是以实验为基础的学科，但不是所有的问题都要有实验的。在本节课的教学中很多教师采用了实验探究：功的测量或者用量化的方法，或者准确利用公式进行计算；速度的测量采用了打点计时器、光电门等仪器。然而这些内容都是上节“探究功与速度变化的关系”中需要完成的，本节的重点是理论探究，因此教师必须立足教材，钻研教材，分析学生，合理有效地进行教学设计。教学形式、教学方法不是固定的，依据不同教师的特点、不同班级的学生情况，都是可以改变的，教学有法，但无定法。 所有的教学设计只是教师对学生课堂的可能情况进行的预设，而课堂是一个动态的过程，是学生的认知发展场，更是学生的生命发展场。这个过程中会有很多生成性资源，教师要运用思维去引领思维，用智慧去激发智慧。作为一个青年教师，还没有足够的历练去有效地运用各种课堂生成资源，将课堂变成师生共同进步的场所。我想除了钻研教材、教法、学生，更应该站在生命发展的广度上去钻研教学，站在这个讲台上，我们的道路还很长。
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实验与理论相结合的有效探索--动能与动能定理的教学设计与反思_动能定理论文
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