赫尔巴特五步教学法教学案例

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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V
1 =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V
1
,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V
2

【物理情景Ⅲ】:一个初速为V
1
,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V
2

【物理情景Ⅳ】:一个初速为V
1
,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V
2
,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

mgh=1/2mv2 2 - 1/2mv1 2=1/2mv22


FS=1/2mv2 2 -1/2mv12


-fS=1/2mv2 2 -1/2mv

1
2


FS-fS= 1/2mv2 2 -1/2mv

1
2

【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
E
k1 =1/2mv1

2
,

E
k2
=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。

2111mvFR2
2
2

2

mv
FR

22
21

11

22
Wmvmv

2
1
cos2cosDCmghmglmvlS

h
S

cos0cosCBCBmghmglmgSlSS

h
S


【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:

0
=(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=21 mυ2-
2

1
mυ20

对木块
Ffs木=
2

1
Mυ2

由运动草图可知:S木=S子-D ③
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)υ2-2
1
mυ20=-FfD

即F
fD=21mυ20
-21(M+m)υ2


E

k=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υ
0
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。