《物理（醫(yī)藥衛(wèi)生類）》教案 高職 4.4機(jī)械能守恒定律

21世紀(jì)教育網(wǎng)精品試卷·第《4.4機(jī)械能守恒定律》教案教學(xué)目標(biāo)：1.首先從概念的角度出發(fā)，明確什么是機(jī)械能，在機(jī)械能守恒的情況下重力勢(shì)能與動(dòng)能之間是相互轉(zhuǎn)化的，構(gòu)建能量觀念。（物理觀念）2.運(yùn)用動(dòng)能定理推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律，體會(huì)做功在能量轉(zhuǎn)化過(guò)程的用途。（科學(xué)思維）3.通過(guò)紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器找到重力勢(shì)能的減少量與動(dòng)能增加量之間的關(guān)系，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，體驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程和物理學(xué)的研究方法。（科學(xué)探究）4.通過(guò)機(jī)械能守恒的教學(xué)，使學(xué)生樹(shù)立科學(xué)觀點(diǎn)，理解和運(yùn)用自然規(guī)律，并用來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。（科學(xué)態(tài)度與責(zé)任）教學(xué)重點(diǎn)：1.掌握機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)、建立過(guò)程，理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容；2.在具體的問(wèn)題中能判定機(jī)械能是否守恒，并能列出定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。教學(xué)難點(diǎn)：1.從能的轉(zhuǎn)化和功能關(guān)系出發(fā)理解機(jī)械能守恒的條件；2.能正確判斷研究對(duì)象在所經(jīng)歷的過(guò)程中機(jī)械能是否守恒，能正確分析物體所具有的機(jī)械能。教學(xué)方法：講授法、討論法教學(xué)準(zhǔn)備：多媒體材料：PPT課件教學(xué)過(guò)程：導(dǎo)入新課：思考：一輛過(guò)山車在下滑過(guò)程中，既然沒(méi)有什么動(dòng)力，為什么每次總能如此準(zhǔn)確的完成一連串有驚無(wú)險(xiǎn)的動(dòng)作呢？出示圖片:翻滾過(guò)山車這實(shí)際上是動(dòng)能和勢(shì)能之間發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化，那么你知道它們?cè)谵D(zhuǎn)化的過(guò)程中遵守什么規(guī)律嗎？二、新課講解：（一）動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化1.重力勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化A-B：在這個(gè)過(guò)程中，物體的速度增加了，表示物體的動(dòng)能增加了。這說(shuō)明，物體原來(lái)的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能。B-C：在這個(gè)過(guò)程中，這時(shí)重力對(duì)物體做負(fù)功，物體的速度減小，表示物體的動(dòng)能減少了。但由于物體的高度增加，它的重力勢(shì)能增加了。這說(shuō)明，物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了重力勢(shì)能。結(jié)論:物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。2.彈性勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化.由小球接觸彈簧到速度為零的這一過(guò)程中，彈力做負(fù)功，彈簧的彈性勢(shì)能增加，而物體速度減小，動(dòng)能減少。小球原來(lái)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了彈性勢(shì)能。壓縮的彈簧彈簧恢復(fù)原來(lái)形狀被壓縮的彈簧具有彈性勢(shì)能，當(dāng)彈簧恢復(fù)原來(lái)形狀時(shí)，就把跟它接觸的物體彈出去。這一過(guò)程中，彈力做正功，彈簧的彈性勢(shì)能減少，而物體得到一定的速度，動(dòng)能增加。物體原來(lái)的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能。出示圖片:跳板跳水運(yùn)動(dòng)員從跳板上彈起的過(guò)程中，跳板的———______轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)員的_________。答案：彈性勢(shì)能、動(dòng)能結(jié)論:物體的動(dòng)能和彈性勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。3.機(jī)械能重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能與動(dòng)能都是機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的能量形式，統(tǒng)稱為機(jī)械能。通過(guò)重力或彈力做功，機(jī)械能可以從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式。思考與討論：一個(gè)小球在真空中做自由落體運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)同樣的小球在黏性較大的液體中由靜止開(kāi)始下落。它們都由高度為h1的地方下落到高度為h2的地方，如下圖所示。小球在真空和油中的下落(1)在這兩種情況下，重力做的功相等嗎？(2)重力勢(shì)能的變化相等嗎？(3)動(dòng)能的變化相等嗎？(3)重力勢(shì)能各轉(zhuǎn)化成什么形式的能？參考答案：（1）這兩種情況下，重力做功相等；（2）重力勢(shì)能的變化相等；（3）動(dòng)能變化不相等；（4）第一次減小的重力勢(shì)能完全轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，第二次減小的重力勢(shì)能除了轉(zhuǎn)化為動(dòng)能外，還有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（二）機(jī)械能守恒定律我們發(fā)現(xiàn)其它力做功會(huì)引起機(jī)械能與內(nèi)能等其他能量的相互轉(zhuǎn)換，所以機(jī)械能守恒定律是有條件的。例如：如圖物體沿光滑曲面滑下的情形。這種情形下，物體受到哪些力的作用？哪些力做功？重力和曲面支持力的作用，因?yàn)橹С至Ψ较蚺c運(yùn)動(dòng)方向垂直，支持力不做功，所以，只有重力做功。如圖所示物體在某一時(shí)刻處在高度為h1的位置A，這時(shí)它的速度是v1。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，物體下落到高度為h2的另一位置B，這時(shí)它的速度是v2。用W表示這一過(guò)程中重力做的功。從動(dòng)能定理知道，重力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能的增加，即:另一方面，重力對(duì)物體做的功等于物體重力勢(shì)能的減少。即:從以上兩式可得：這就是說(shuō)，重力做了多少功，就有多少重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。進(jìn)一步整理可得：等式左邊為物體末狀態(tài)動(dòng)能與勢(shì)能之和，等式右邊為物體初狀態(tài)動(dòng)能與勢(shì)能之和。結(jié)論：在只有重力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與重力勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化時(shí)總的機(jī)械能保持不變。思考與討論：在上圖中，如果物體從位置B沿光滑曲面上升到位置A，重力做負(fù)功。這種情況下上式的關(guān)系是否還成立？由動(dòng)能定理得：另一方面，重力對(duì)物體做的負(fù)功等于物體重力勢(shì)能的增加。即:從以上兩式可得：這就是說(shuō)，重力做了多少功，就有多少重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。進(jìn)一步整理可得：這種情況下上式的關(guān)系仍然成立。思考討論：如何理解只有重力做功？（1）物體只受重力作用。（2）物體除受重力外還受到其他力的作用，但其他力不做功，或其他力做功的代數(shù)和為零。平拋運(yùn)動(dòng)或其它拋體運(yùn)動(dòng)的物體。只受重力。沿光滑斜面下滑的物體受重力和支持力但支持力不做功。沿粗糙斜面下滑的物體，拉力F大小和摩擦力f大小相等，拉力F和摩擦力f做功的代數(shù)和為零。同樣可以證明，在只有彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和彈性勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化時(shí)總的機(jī)械能也保持不變。1.機(jī)械能守恒定律內(nèi)容在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。2.表達(dá)式EK1+EP1=EK2+EP2或E1＝E23.守恒條件物體系統(tǒng)內(nèi)只有重力或彈力做功(其他力不做功)，機(jī)械能守恒。對(duì)于該條件可具體理解如下：（1）系統(tǒng)不受外力。（2）系統(tǒng)受外力，但所有外力均不做功。（3）系統(tǒng)受外力，而且外力做功，但外力做功的代數(shù)和為零。如圖所示滑雪者沿斜面下滑時(shí)機(jī)械能守恒嗎？滑雪者沿斜面下滑時(shí)，斜面的支持力與運(yùn)動(dòng)方向垂直，不做功；如果阻力做的功較少，可以忽略，則只有重力做功。此種情況下，動(dòng)能與重力勢(shì)能可以互相轉(zhuǎn)化，總的機(jī)械能守恒。如果阻力做的功較大，不能忽略，則機(jī)械能不守恒。例題：把一個(gè)小球用細(xì)線懸掛起來(lái)，就成為一個(gè)擺如圖所示，擺長(zhǎng)為l，最大偏角為θ。如果阻力可以忽略，小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)的速度大小是多少？分析：在阻力可以忽略的情況下，小球擺動(dòng)過(guò)程中受重力和細(xì)線的拉力。細(xì)線的拉力與小球的運(yùn)動(dòng)方向垂直，不做功，所以這個(gè)過(guò)程中只有重力做功，機(jī)械能守恒。小球在最高點(diǎn)只有重力勢(shì)能，動(dòng)能為0，計(jì)算小球在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)重力勢(shì)能的差值，根據(jù)機(jī)械能守恒定律就能得出它在最低點(diǎn)的動(dòng)能，從而算出它在最低點(diǎn)的速度。解：以小球?yàn)檠芯繉?duì)象。設(shè)最低點(diǎn)的重力勢(shì)能為0，以小球在最高點(diǎn)的狀態(tài)作為初狀態(tài)，以小球在最低點(diǎn)的狀態(tài)作為末狀態(tài)。在最高點(diǎn)的動(dòng)能Ek1＝0，重力勢(shì)能是Ep1＝mg（l－lcosθ）在最低點(diǎn)的重力勢(shì)能Ep2＝0，而動(dòng)能可以表示為：運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只有重力做功，所以機(jī)械能守恒，即：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1把初末狀態(tài)下動(dòng)能、重力勢(shì)能的表達(dá)式代入，得＝mg（L－Lcosθ）由此解出小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)的速度大?。簭牡玫降谋磉_(dá)式可以看出，初狀態(tài)的θ角越大，cosθ越小，（1－cosθ）就越大，v也就越大。也就是說(shuō)，最初把小球拉得越高，它到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的速度也就越大。解題步驟：(1)確定研究對(duì)象(2)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行正確的受力分析(3)判定各個(gè)力是否做功，并分析是否符合機(jī)械能守恒的條件(4)視解題方便選取零勢(shì)能參考平面，并確定研究對(duì)象在始、末狀態(tài)時(shí)的機(jī)械能。(5)根據(jù)機(jī)械能守恒定律列出方程，或再輔之以其他方程，進(jìn)行求解。應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn)：只需考慮運(yùn)動(dòng)的初狀態(tài)和末狀態(tài)，不必考慮兩個(gè)狀態(tài)間過(guò)程的細(xì)節(jié)，這樣就簡(jiǎn)化了計(jì)算。特別提醒：機(jī)械能守恒的條件絕不是合外力的功等于零，更不是合外力為零；判斷機(jī)械能是否守恒時(shí)主要看是否只有重力或彈力做功。三、課堂小結(jié)：知識(shí)梳理：總結(jié)機(jī)械能概念和機(jī)械能守恒定律內(nèi)容重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)：強(qiáng)調(diào)機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式和守恒條件。引導(dǎo)學(xué)生回顧是否達(dá)到本節(jié)的核心素養(yǎng)目標(biāo)。四、課堂練習(xí)1.在下列情況中，機(jī)械能守恒的是（）A．飄落的樹(shù)葉B．沿著斜面勻速下滑的物體C．被起重機(jī)勻加速吊起的物體D．不計(jì)空氣阻力，推出的鉛球在空中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程答案：D2.關(guān)于機(jī)械能，下列說(shuō)法中正確的是（）A．做變速運(yùn)動(dòng)的物體，只要有摩擦力存在，機(jī)械能一定減少B．如果物體所受的合外力不為零，則機(jī)械能一定發(fā)生變化C．作斜拋運(yùn)動(dòng)的物體，不計(jì)空氣阻力時(shí)，機(jī)械能是守恒的。因而物體在同一高度,具有相同的速度D．在水平面上做變速運(yùn)動(dòng)的物體，它的機(jī)械能不一定變化答案：D3.關(guān)于機(jī)械能守恒定律的適用條件，下列說(shuō)法中正確的是()A.物體所受的合外力為零時(shí)，機(jī)械能守恒B.物體沿斜面加速下滑過(guò)程中，機(jī)械能一定不守恒C.系統(tǒng)中只有重力和彈簧彈力做功時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒D.在空中飛行的炮彈爆炸前后機(jī)械能守恒答案：C4.如圖所示，某人用平行斜面向下的拉力F將物體沿固定斜面拉下，拉力大小等于摩擦力，則下列說(shuō)法中正確的是（）