78機械能守恒定律.doc

8機械能守恒定律 本課教學從動能和勢能的復習人手，引導學生觀察生活現(xiàn)象，思考動能和勢能的變化之間的關系機械能守恒定律是本章教學的重點內容，重點是使學生掌握物體系統(tǒng)機械能守恒的條件；能夠正確分析物體系統(tǒng)所具有的機械能；能夠應用機械能守恒定律解決有關問題進而利用動能定理推導出機械能守恒定律的表達式 分析物體系統(tǒng)所具有的機械能，尤其是分析、判斷物體所具有的重力勢能，是本節(jié)學習的難點之一在教學中應讓學生認識到，物體重力勢能大小與所選取的參考平面(零勢面)有關；而重力勢能的變化量是與所選取的參考平面無關的在討論物體系統(tǒng)的機械能時，應先確定參考平面要啟發(fā)學生注意，勢能的變化是由于重力或彈力做功而引起的如果重力作為外力對物體做正功，重力勢能減少，動能增加，意味著重力勢能轉化為動能反之，如果重力做負功，重力勢能增加，動能減少，意味著動能轉化為重力勢能這樣可以幫助學生理解教材中所說的“通過重力或彈力做功，機械能可以從一種形式轉化為另一種形式” 能否正確運用機械能守恒定律解決問題是本節(jié)學習的另一難點通過本節(jié)學習應讓學生認識到，從功和能的角度分析、解決問題是物理學的重要方法之一；同時進一步明確，在對問題作具體分析的條件下，要能夠正確選用適當?shù)奈锢硪?guī)律分析、處理問題教學重點 1機械能守恒的條件 2在具體的問題中能判定機械能是否守恒，并能列出數(shù)學表達式教學難點 1判斷機械能是否守恒 2靈活運用機械能守恒定律解決問題課時安排 1課時三維目標 知識與技能 1理解動能與勢能的相互轉化2掌握機械能守恒定律的表達式過程與方法經(jīng)過機械能守恒定律的實際應用，進一步理解機械能守恒的條件情蓐態(tài)度與價值觀培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的思想，通過規(guī)律、理論的學習，培養(yǎng)學以致用的思想 1自制課件、學案 2麥克斯韋滾擺、單擺、彈簧振子 在學生觀看過山車的同時，教師提醒學生分析過山車在運行過程中動能和勢能的變化情況 游戲導入 教師利用事先準備好的演示器材，請兩個同學配合，指導他們完成一個小游戲，讓同學們認真觀察并思考游戲里面的科學道理 器材：細線、小鋼球、鐵架臺 演示過程：將小鋼球機固定在細線的一端，細線的另一端系在鐵架臺上，使小球與細線形成一個擺讓一個同學靠近鐵架臺，頭稍低，另一同學把小球由該同學的鼻子處釋放，小球擺動過程中能否碰到該同學的鼻子，提醒注意安全，并思考里面韻科學道理如左下圖 如右上圖所示，懸掛單擺的鐵架臺上增加一個橫桿P和一把水平放置的尺子AB，實驗時調整橫桿P的高度，觀察小球擺動的情況，調整水平尺子的高度使小球從不同位置擺動，觀察小球擺動的情況將各次實驗現(xiàn)象進行概括，思考這些現(xiàn)象說明什么問題也可以將單擺懸掛在小黑板上，然后在小黑板上畫上若干條水平橫線，手持短尺替代橫桿推進新課 一、動能與勢能的相互轉化 前面我們學習了動能、勢能和機械能的知識在初中學習時我們就了解到，在一定條件下，物體的動能與勢能(包括重力勢能和彈性勢能)可以相互轉化，動能與勢能相互轉化的例子在生活中非常多，請同學們舉出生活中的例子來說明動能與勢能的相互轉化 參考：1從樹上掉下的蘋果(勢能向動能轉化)； 2自行車猛蹬幾下自由沖上斜坡(動能向勢能轉化) 3拉弓射箭(勢能向動能轉化) 4運動會上撐竿跳高運動員在跳起的過程中(人的動能轉化為桿的彈性勢能，后桿的彈性勢能轉化為人的重力勢能) 實驗演示：依次演示麥克斯韋滾擺、單擺和彈簧振子，提醒學生注意觀察物體運動中動能、勢能的變化情況，即轉化過程中物理量的具體變化 通過觀察演示實驗，學生回答物體運動中動能、勢能變化情況 教師小績：物體運動過程中，隨著動能的增大，物體的勢能減??；反之，隨著動能的減小，物體的勢能增大 學生通過實例感受、實驗演示，切實感受到機械能的兩種形式(動能與勢能)之間可以相互轉化而且，轉化過程中有力做功 重力做功：動能一重力勢能 彈力做功：動能一彈性勢能 二、機械能守恒定律 問囊：動能和勢能的相互轉化是否存在某種定量的關系呢?上述各運動過程中，物體的機械能是否變化呢? 引導學生通過具體的實例進行理論推導分析先考慮只有重力對物體做功的理想情況 情境設置：質量為m的物體自由下落過程中，經(jīng)過高度處速度為，下落至高度。處速度為，不計空氣阻力，分析由下落到過程分析：根據(jù)動能定理 下落過程中重力對物體做功，重力做功在數(shù)值上等于物體重力勢能的變化量取地面為參考平面，有由以上兩式可以得到移項得 引導學生分析討論上面表達式的物理意義：等號的左側表示末態(tài)的機械能，等號的右側表示初態(tài)的機械能，表達式表明初態(tài)跟末態(tài)的機械能相等即在小球下落的過程中，重力勢能減小，動能增加，減小的重力勢能轉化為動能 問題：此表達式具有普遍意義嗎?還是僅在只受重力的自由落體運動中成立?引導學生自己推導豎直上拋、平拋的過程是否成立 引導學生關注在上述過程中物體的受力情況可以證明，在只有重力做功的情況下，物體動能和勢能可以相互轉化，而機械能總量保持不變思維拓展 在只有彈力做功的物體系統(tǒng)內呢? 課件展示：展示彈簧振子(由于彈簧振子概念學生還沒有接觸，教師可以不提彈簧振子的概念)的運動情況，分析物理過程 教師設疑：在只有重力做功的情況下，機械能是守恒的；同樣作為機械能組成部分的勢能，是否在只有彈力做功的情況下，機械能也能守恒呢? 學生在推導過程中可能會存在一定的困難，教師適當加以輔助推導對彈簧與小球的運動過程簡要分析，得到動能與勢能的轉化關系，并明確：在只有彈力對物體做功時物體的機械能守恒 通過上面只有重力做功與只有彈力做功兩個部分的推導，師生總結機械能守恒定律的內容： 在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內，動能與勢能可以相互轉化，而總的機械能保持不變表達式： 教師引導學生理解表達式中各量的物理意義，并回顧機械能守恒定律推導過程，加深認識三、機械能守恒定律的條件思維拓展 通過以上內容的學習，我們理解了機械能守恒定律的表達式，但真正應用到解題過程還是有限制的 大屏幕投影機械能守恒定律的內容，并用不同顏色展示“在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內”，突出強調守恒的受力前提引導學生自己總結守恒的條件 有的學生認為守恒條件應該是只受重力或彈力； 有的學生認為守恒條件應該是只有重力或彈力做功 在肯定兩位學生認真思考的基礎上，教師質疑兩位學生的意見，激發(fā)他們思考的積極性：兩位同學說的有什么不同嗎? 學生討論：只有重力或彈力做功，還包含這樣的意思：可能還受其他力，但其他力不做功 思維追蹤：機械能守恒定律的條件應該怎樣表述呢?舉例說明 學生總結：機械能守恒定律的條件可以表述為： 1只受重力(彈力)，不受其他力如自由落體的物體 2除重力(彈力)以外還有其他力，但其他力都不做功如做單擺運動的物體 在距離地面20m高處，以l5 ms的初速度水平拋出一小球，不計空氣阻力，取，求小球落地速度大小 引導學生思考分析，提出問題： 1前面學習過應用運動合成與分解的方法處理平拋運動，現(xiàn)在能否應用機械能守恒定律解決這類問題? 2小球拋出后至落地之前的運動過程中，是否滿足機械能守恒的條件?如何應用機械能守恒定律解決問題? 3歸納學生分析的結果，明確：小球下落過程中，只有重力對小球做功，滿足機械能守恒條件，可以用機械能守恒定律求解；應用機械能守恒定律時，應明確所選取的運動過程，明確|初、末狀態(tài)小球所具有的機械能 ； 取地面為參考平面，拋出時小球具有的重力勢能=mgh，動能為落地時。小球的重力勢能根據(jù)機械能守恒定律，有El=E2，即落地時小球的速度大小為課堂訓練 1如圖所示，下列四個選項的圈中，木塊均在固定的斜面上運動，其中圖A、B、c中的斜面是光滑的，圖D中的斜面是粗糙的，圖A、B中的F為木塊所受的外力，方向如圖中箭頭所示，圖AB、D中的木塊向下運動，圖C中的木塊向上運動在這四個圖所示的運動過程中機械能守恒的是( ) 2長為L的均勻鏈條放在光滑的水平桌面上，且使其長度的l4垂在桌邊，如圖所示松手后鏈條從靜止開始沿桌邊下滑，則鏈條滑至剛剛離開桌邊時的速度大小為多大?參考答案 1解析：機械能守恒的條件是；物體只受重力或彈力的作用，或者還受其他力作用，但其他力不做功，那么在動能和勢能的相互轉化過程中，物體的機械能守恒依照此條件分析，A、B、D三項均錯 答案：c 2解析：鏈條下滑時，因桌面光滑，沒有摩擦力做功整根鏈條總的機械能守恒，可用村械能守恒定律求解設整根鏈條質量為m，則單位長度質量(質量線密度)為mL 設桌面重力勢能為零，由機械能守恒定律得點撥：求解這類題目時，一是注意零勢點的選取，應盡可能使表達式簡化，該題如選鏈條全部滑下時的最低點為零勢能點，則初始勢能就比較麻煩二是靈活選取各部分的重心，該題開始時的勢能應取兩部分(桌面上和桌面下)勢能總和，整根鏈條的總重心便不好確定，最后剛好滑出桌面時的勢能就沒有必要再分，可對整根鏈條求出重力勢能課堂小結1.在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內，物體的機械能總量不變 2應用機械能守恒定律的解題步驟 (1)確定研究對象； (2)對研究對象進行正確的受力分析 (3)判斷各個力是否做功，并分析是否符合機械能守恒的條件； (4)視解題方便選取零勢能參考平面，并確定研究對象在始、末狀態(tài)時的機械能； (5)根據(jù)機械能守恒定律列出方程，或再輔之以其他方程，進行求解布置作業(yè)、 1教材“問題與練習”第1、3、4題 2觀察記錄生活中其他的物理情景，判斷其是否符合機械能守恒定律 課題：從能量的角度探究機械能守恒定律的條件 目的：進行課堂拓展，讓學生自主設置情景，自主探究，重溫機械能守恒定律條件發(fā)現(xiàn)的過程，加深對課本內容的理解 方法：指導學生自主設置情景，從能量的角度判斷機械能守恒 參考情境：1瀑布是水流從高處落下形成的美麗自然景觀，水流在下落過程中的能量轉化過程(不計一切阻力) 2流星從高空向地球墜落的過程中，在進入大氣層之前，可以看作只受地球的引力作用，流星這一過程能量的轉化 3射箭的時候，運動員先把弓弦拉滿，然后放手釋放彈性勢能分析放手后，箭和弓組成的系統(tǒng)中，能量如何轉化1解答：(1)小球在從A點下落至點的過程中，根據(jù)動能定理 等式左邊表示物體在A點時的機械能，等式右邊表示物體在B點時的機械能，小球從A點運動到點的過程中，機械能守恒 2答案：BC 飛船升空的階段，動力對飛船做功，飛船的機械能增加 飛船在橢圓軌道上繞地球運行的階段，只有引力對飛船做功，機械能守恒 飛船在空中減速后，返回艙與軌道分離，然后在大氣層以外向著地球做無動力飛行的過程中，只有引力做功，機械能守恒進人大氣層并運動一段時間后，降落傘張開，返回艙下降的過程中，空氣阻力做功，機械能減少3解答：(1)石塊從拋出到落地的過程中，只有重力做功，所以機械能守恒設地面為零勢能面，根據(jù)機械能守恒定律根據(jù)動能定理(2)由知，石塊落地時速度大小與石塊初速度大小和石塊拋出時的高度有關，與石塊的質量和石塊初速度的仰角無關 本節(jié)課通過教師給出撐竿跳、滑雪、過山車等材料，給學生感性認識，讓學生對能的轉化以初步認識，然后對動能和勢能的轉化關系進行猜想，為定量探究打下基礎引導學生通過具體情境的設置來推導機械能守恒定律的表達式，探究過程中，激發(fā)、鼓勵學生大膽思考，開發(fā)學生的創(chuàng)造潛能，啟發(fā)學生思維，使學生參與到教與學的活動中去對守恒條件的教學，本教學設計采用了逐步引導的方法，引導學生向守恒條