生活情景融入課堂教學
——“動能定理及其應(yīng)用”教學設(shè)計案例

劉小蘭周 鵬馮 蘭

(揚州中學江蘇 揚州225002)

摘 要：本文以“動能定理及其應(yīng)用”的教學設(shè)計為例，試圖在課堂教學中體現(xiàn)物理教學“從生活走進物理，從物理走向社會”的教育理念,并把物理教學與學生的生活體驗相聯(lián)系, 把物理問題與生活情境結(jié)合起來.

關(guān)鍵詞：動能定理應(yīng)用教學設(shè)計

收稿日期：(2014-08-01)

1教材分析

“動能定理”是本章的重點內(nèi)容.本節(jié)教學安排一般分為3課時，第1課時一般為動能和動能定理的得出與應(yīng)用動能定理的解題步驟；第2課時一般為變力做功與動能定理相結(jié)合問題；第3課時一般為圓周運動與動能定理相結(jié)合及多個物體的動能定理問題.本文以第2課時的教學為例,以期達到學生掌握動能定理的表達形式，體會動能定理解題的優(yōu)越性,學會在變力、曲線、多過程問題中應(yīng)用動能定理的目的.

2學情分析

上節(jié)課學生已經(jīng)學習了動能，并在物體受恒力作用，而且做直線運動的情況下能夠推導(dǎo)出動能定理，且通過進一步的練習、應(yīng)用掌握了用動能定理解題的基本步驟.這些已有的學習經(jīng)驗會激發(fā)學生進一步思索變力、曲線運動中動能定理是否適用以及如何運用動能定理解決變力、曲線、多過程問題，從而為我們接下來的探究教學提供有效條件.

3教學設(shè)計思路

本節(jié)課設(shè)計的主要目的是力求體現(xiàn)新課程理念,注重“從生活走進物理，從物理走向社會”， 把物理教學與學生的生活體驗相聯(lián)系, 把物理問題與生活情境結(jié)合起來.注重學生體驗，讓學生自己構(gòu)建知識體系，從而更好地促進課堂教學.具體做法：首先通過“化變?yōu)楹恪钡乃枷?，推?dǎo)動能定理同樣適用變力、曲線運動，理論證明動能定理適用的廣泛性；然后通過“石塊擊穿紙”的活動，過渡到實例應(yīng)用，從而引出探究航空母艦上飛機做功問題，重視學生的生活經(jīng)驗，重視學生應(yīng)用實例去體驗、分析的過程，加深對動能定理的理解，達到活學活用的目的；再通過“學生體驗彈跳下落階段的感受”，引入探究落地安全高度的問題，比較分段列式和全程列式的簡便性，進而得出過程的選取可優(yōu)化解題；最后通過探究“多過程問題”，體驗巧選研究過程，應(yīng)用動能定理解題的優(yōu)越性.例題的選擇從單過程到多過程、從直線到曲線、從恒力到變力、從生活到生產(chǎn)，目的是讓學生感悟運用動能定理解題的特點以及解題的優(yōu)越性和適用的廣泛性.

4教學流程

流程如下：提出問題—理論探究—歸納總結(jié)—應(yīng)用創(chuàng)新.

5教學過程

5.1復(fù)習知識 學以致用

師:在前面一節(jié)學習的基礎(chǔ)上,復(fù)習動能定理的內(nèi)容與表達式.

生甲：合外力所做的功等于物體動能的變化.

生乙：表達式W合=ΔEk.

師(總結(jié)): 動能定理反映了合外力做功與物體動能變化的關(guān)系.合外力對物體做正功，動能增加；合外力對物體做負功，動能減??；合外力對物體不做功,動能不變.合外力對物體做功的過程，也就是物體動能改變的過程.

5.2新課教學 理論探究

給出情境: 如圖1所示，物體的質(zhì)量為m，靜止在光滑水平地面上，在水平力F大小時刻發(fā)生變化的作用下發(fā)生一段位移x，速度為v，求變力F做的功W.

圖1

提出問題:動能定理是在物體受恒力的作用，并且做直線運動的情況下推導(dǎo)的.能否從理論上探究，當物體受變力作用或做曲線運動時，動能定理同樣適用.

理論探究:(學生推導(dǎo))采用“化變?yōu)楹恪彼枷?，先分段計算，然后求?

……

歸納總結(jié)：動能定理可以直接應(yīng)用到變力、曲線運動中.

5.3學生活動 應(yīng)用創(chuàng)新

5.3.1探究航空母艦上的飛機做功問題

(1)生活物理，學生體驗

探究任務(wù)1：徒手完成“石塊擊穿紙”的活動.

實驗器材1：石塊,空心大紙箱其開口處被多層報紙封住.

學生演示1：紙箱放在一定高度的桌子上，背面靠墻，封口處朝外.請一位力氣比較大的男同學站在離紙箱封口處2 m外的地方，徒手拋石擊紙，雖然男同學使出了全身力氣，但是紙沒有被擊穿.

師：分析石塊擊紙沒有成功的可能原因.

生甲：人對石塊做的功少.

生乙：石塊擊紙時動能太小.

生丙：紙的阻力太大.

師：如何使石塊擊紙時動能變大？請同學們提出你們想到的辦法.

生甲：用助跑的方式拋石塊，使石塊獲得較大的動能.

生乙：用槍發(fā)射石塊，使石塊獲得較大的動能.

生丙：用彈弓彈射石塊，使石塊獲得較大的動能.

探究任務(wù)2：利用彈弓完成“石塊擊穿紙”的活動.

學生演示2：一位女同學站在同一位置，利用彈弓拋石擊穿了紙.

師(總結(jié))：彈弓能夠完美完成任務(wù)，實現(xiàn)兩點，一是石塊短距離做功多；二是石塊動能變化大.平時我們游戲中的一些小智慧也可以在科學研究和軍事領(lǐng)域中起到大作用.

(2)生活情景,引入應(yīng)用

播放視頻：航空母艦甲板上的飛機起飛和降落.

師(講解)：航空母艦上，飛機的起飛跑道只有80～90 m，僅靠飛機自身的動力無法獲得足夠的起飛速度.航空母艦利用彈射系統(tǒng)對飛機做功，從而使飛機在短距離內(nèi)獲得起飛所需要的速度飛向天空.同理，飛機降落，航母利用攔阻索對其做功，從而使飛機在短距離內(nèi)被高速攔停，我們把其譽為航母的“生命線”.

【例1】在航空母艦上有一架飛機，質(zhì)量為2×104kg，在飛機發(fā)動機的動力和彈射器的壓力共同作用下，在短短的85 m距離內(nèi)，速度由零增加到70 m/s.在這個過程中，合外力對飛機做了多少功？飛機受到的平均合外力為多大？

選題目的：一是進一步熟悉、鞏固應(yīng)用動能定理求變力做功；二是讓學生體會“從生活走進物理，從物理走向社會”的科學探索樂趣.

(3) 引導(dǎo)分析，注重過程

在飛機起飛過程中，引導(dǎo)學生對其進行受力分析和做功分析.

5.3.2探究安全落地高度

(1)學生體驗，交流討論

學生體驗彈跳下落階段的過程并談感受.

生甲：先加速后減速.

生乙：落地前做自由落體運動，落地后做減速運動時，彎膝下蹲的動作可以保護自己安全.

師(總結(jié))：減速過程中我們有一個彎膝下蹲的動作，這樣做可以降低巨大沖擊力對我們脛骨的傷害，以防造成骨折.

(2) 生活情景，靈活應(yīng)用

【例2】人從一定的高度落地容易造成骨折，脛骨最小處所受沖擊力超過9.6×104N時會造成骨折.假若一質(zhì)量為50 kg的人從某一高度直膝雙足落地，落地時其重心又下降約1 cm，試計算這個高度超過多少時，就會導(dǎo)致脛骨骨折.(g取10 m/s2)

選題目的：一是利用生活情景再次鞏固應(yīng)用動能定理;二是通過本題讓學生自己靈活運用多種方法解題，并體會巧選過程，可優(yōu)化解題.

(3)學生分析，獨立完成

設(shè)下落的安全高度為h1，觸地時重心又下降高度為h2,人的質(zhì)量為m.

解法1：分段來看，人在自由下落過程中受重力，做正功，初速度為零；在彎膝減速過程中受重力和沖擊力分別做正功和負功，末速度為零.

解法2：就全程來看，人在整個下落過程中受重力，做正功；沖擊力只有在落地彎膝減速過程中有，并且做負功，初、末速度都為零.由于這兩個力不是同時作用，合外力做功可用所有力做功之和求.

mg(h1+h2)-Fh2=0-0

師(提醒)：在超過1.9 m以上的單杠上運動時，在單杠下方應(yīng)備有海綿墊子，或者有同學做好保護，以防不測，其他活動(如撐桿跳、跳傘、攀越高架等)也必須做好安全措施.

(4)對比比較，優(yōu)化解題

在應(yīng)用動能定理求解本題中，學生體會應(yīng)用分段列式和全程列式，哪一種方法更簡便.學生回顧剛剛的求解過程自然會得出在多過程問題中全程列式更為簡便.此時教師可適時點撥，若分段列式的兩個式子左右分別相加，可得出全程列式.學生對分段列式和全程列式比較，得出結(jié)論：對于多過程問題，且已知初、末態(tài)動能，運用動能定理解題時，能全程考慮優(yōu)先選用全程.體現(xiàn)了“能大則大，先大后小”的思想.

5.3.3探究多過程問題

(1)多個過程，巧妙選擇

【例3】一個彈性小球質(zhì)量是m，從離地高為h的地方由靜止釋放，與地面發(fā)生多次碰撞之后(碰撞過程無能量損失)，最終小球靜止在地面上.設(shè)小球在運動中受到的空氣阻力大小恒為f.則小球從釋放到靜止的過程中運動的路程為多少？

選題目的：一是鞏固強化學生對多過程應(yīng)用動能定理解題的掌握程度;二是使學生認識通過本題的求解，巧妙選擇研究過程體現(xiàn)動能定理解題的優(yōu)越性.

首先引導(dǎo)學生分析小球下落反彈后的運動情況：小球在重力和阻力作用下運動，第一次下落過程中重力做正功，阻力做負功，小球的能量減小，返回時，重力做負功，阻力做負功，小球的能量繼續(xù)減小，所以小球就不能回到原高度，此后將來回運動，直至停留在水平面上.

再次引導(dǎo)學生分析各力做功情況和初、末速度：重力做功特點只與初、末高度差有關(guān)，而大小不變方向時刻與運動方向相反的阻力做功與路程有關(guān).物體從起點開始下滑到停下的過程中，初、末速度都為零.

然后引導(dǎo)學生對全過程應(yīng)用動能定理列式求解

mgh-fs=0-0

教師引導(dǎo)學生總結(jié)，“在應(yīng)用動能定理時，我們最需要關(guān)注哪些問題？”學生討論得出，“第一關(guān)注研究對象、過程的選擇，第二關(guān)注受力、各力做功，第三關(guān)注初、末態(tài)動能.”

(2)拓展延伸，鞏固應(yīng)用

【例4】如圖2所示，ABCD是一個盆式容器，盆內(nèi)側(cè)壁與盆底BC的連接處都是一段與BC相切的圓弧，BC水平，盆邊緣的高度h= 0.30 m． 在A處放一個質(zhì)量為m的小物塊，讓其從靜止開始下滑，已知盆內(nèi)側(cè)壁光滑，而BC面與小物塊間的動摩擦因數(shù)為μ=0.10，小物塊在盆內(nèi)來回滑動，最后停下來. 問物體在水平面上運動的路程是多少?

圖2

學生獨立分析、板書解題.教師巡視指導(dǎo)、點評糾錯.

師(總結(jié))：這是一道集變力、曲線、多過程于一體的題目，需要同學們做好對過程和狀態(tài)的分析，并正確應(yīng)用動能定理規(guī)范解題.

5.3.4學生回顧，總結(jié)提升

最后引導(dǎo)學生自己總結(jié)本節(jié)學習了哪些問題：

(1)動能定理可以直接應(yīng)用到變力、曲線運動中.

(2)應(yīng)用動能定理解決實際問題.

(3)動能定理分段列式與全程列式的比較，可優(yōu)化解題.

(4)阻力做功的多過程問題，涉及求物體運動的路程，巧選全程，體現(xiàn)動能定理的優(yōu)越性.

6教學反思

本節(jié)課針對學生學習狀況進行了激疑、引導(dǎo)和點撥，使學生有效參與課堂教學，成為課堂的主體.在理論探究階段，通過引導(dǎo)學生思考、分析并推導(dǎo)，讓學生獨立推導(dǎo)此定理，突出學生的主體地位，不僅能提高學生的推理能力，而且也能使學生體會到成功的樂趣.在實際應(yīng)用階段，通過建立具體情境，學生有了思維的依托.在此基礎(chǔ)上，強調(diào)學生的探究過程體驗，進行知識的正向遷移，激勵起學生的學習興趣和求知欲，引導(dǎo)學生總結(jié)應(yīng)用動能定理的方法和技巧.