2024-2025學(xué)年新教材高中物理第1章功和機(jī)械能第5節(jié)科學(xué)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律教案2魯科版必修第二冊

PAGE1-第5節(jié)科學(xué)驗(yàn)證：機(jī)械能守恒定律守恒的思想是物理學(xué)中常見的思想，機(jī)械能守恒定律是能量守恒定律的特例，而能量守恒定律是自然界最重要的規(guī)律之一。機(jī)械能守恒定律是對功能關(guān)系的進(jìn)一步相識，是學(xué)生理解能量轉(zhuǎn)化與守恒的鋪墊，為今后學(xué)習(xí)動量守恒、電荷守恒打下基礎(chǔ)?！疚锢碛^念】理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)涵，能用機(jī)械能守恒定律說明生產(chǎn)生活中的相關(guān)現(xiàn)象。【科學(xué)思維】能在熟識的問題情境中運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決問題時(shí)建構(gòu)物理模型，會分析機(jī)械能守恒的條件；能從機(jī)械能守恒的角度分析動力學(xué)問題，通過推理，獲得結(jié)論?！究茖W(xué)探究】能完成“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”等物理試驗(yàn)；能提出試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的物理問題；能在他人的幫助下設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案、獲得數(shù)據(jù)；能分析數(shù)據(jù)、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。【科學(xué)看法與責(zé)任】通過對機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證，能相識科學(xué)規(guī)律的建立須要試驗(yàn)證據(jù)的檢驗(yàn)；有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)和探討物理的愛好。【教學(xué)重點(diǎn)】理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容，能推斷機(jī)械能是否守恒，并能列出機(jī)械能守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。理解驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)原理、試驗(yàn)方案，并能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和誤差分析?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】機(jī)械能守恒的條件，科學(xué)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的設(shè)計(jì)思路，數(shù)據(jù)處理和誤差分析，以及機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用?！緦?dǎo)入新課】（復(fù)習(xí)引入）思索：前面學(xué)習(xí)了哪幾種形式的能量？表達(dá)式是什么？分別對應(yīng)什么力做功？通過復(fù)習(xí)引出“機(jī)械能”定義。【新課講授】一、機(jī)械能1.定義：機(jī)械能是動能、重力勢能、彈性勢能的統(tǒng)稱，用符號E表示。2.表達(dá)式：3.機(jī)械能是標(biāo)量，具有相對性。二、機(jī)械能守恒定律思索以下問題：1、小球受到哪些力的作用？2、哪些力對小球做功？3、能量之間有轉(zhuǎn)化么？4、上述過程中，僅有重力做功，小球總的機(jī)械能如何改變呢？得出結(jié)論5、若小球在上述過程中受到阻力的作用，其它條件不變。小球的機(jī)械能是否還守恒？由公式可知思索：比較問題4和5你從中能得到什么結(jié)論呢？在只有重力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能與重力勢能相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。在光滑水平面上反彈的小球1、小球受到哪些力的作用？2、哪些力對小球做功？3、能量之間有轉(zhuǎn)化么？4、從B到C的過程中，僅有彈力做功，小球總的機(jī)械能如何改變呢？EP1+EK1=EP2+EK2得出結(jié)論：5、若小球往復(fù)運(yùn)動過程中受到摩擦阻力，其它條件不變。小球的機(jī)械能是否還守恒？由公式可得，機(jī)械能不守恒。思索：結(jié)合問題4和5你從中能得到什么結(jié)論呢？在只有彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能與彈性勢能相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。（通過以上兩個(gè)例子，總結(jié)得出機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容）二、機(jī)械能守恒定律1.規(guī)律：在只有重力或彈力這類力做功的狀況下，物體系統(tǒng)內(nèi)的動能與勢能相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能的總量保持不變。2.表達(dá)式：①E1=E2(Ek1+Ep1=Ek2+Ep2),即初狀態(tài)的機(jī)械能等于末狀態(tài)的機(jī)械能。②ΔEk=-ΔEp,即動能(或勢能)的增加量等于勢能(或動能)的削減量。③ΔEA=-ΔEB,即A物體機(jī)械能的增加量等于B物體機(jī)械能的削減量。3.機(jī)械能守恒條件：（1）從做功角度看：只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功。①物體只受重力或彈簧彈力，不受其他力。②物體受到重力和彈簧彈力，還受到其他力，但其他力不做功，或其他力做的總功為零。（2）從能量轉(zhuǎn)化角度看：只有系統(tǒng)內(nèi)動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，無其他形式能量的轉(zhuǎn)化?！揪毩?xí)】除1外都不計(jì)空氣阻力，哪些狀況機(jī)械能是守恒的？三、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律試驗(yàn)?zāi)康模海?）驗(yàn)證機(jī)械能守恒；（2）進(jìn)一步熟識打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的運(yùn)用試驗(yàn)原理：方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)（1）若物體由靜止下落高度h時(shí)，它的瞬時(shí)速度為v，那么重力勢能的減小量為mgh，動能的增加量為1/2mv2；（2）看它們在試驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否是相等，假如相等則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒；無需測其質(zhì)量方法二：任取兩點(diǎn)若以重物下落過程中的某一點(diǎn)A為基準(zhǔn)，設(shè)重物的質(zhì)量為m，測出物體對應(yīng)于A點(diǎn)的速度vA

再測出物體由A點(diǎn)下落△h后經(jīng)過B點(diǎn)的速度vB則在誤差允許范圍內(nèi)，由計(jì)算得出機(jī)械能守恒定律即被驗(yàn)證。留意：無需測其質(zhì)量。試驗(yàn)器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、重物、刻度尺、鐵架臺（帶鐵夾）、學(xué)生電源等。試驗(yàn)步驟：（1）紙帶一段吊重物，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。手提紙帶，使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并靜止。接通電源，松開紙帶，讓重物自由落下。（2）取下紙帶，并選其中一個(gè)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，設(shè)打該點(diǎn)時(shí)重物的重力勢能為0，計(jì)算打改點(diǎn)時(shí)的動能，它就是重物下落過程中的動能與重力勢能的總和。（3）分別計(jì)算紙帶上其他各點(diǎn)對應(yīng)的物體的重力勢能和動能之和。留意事項(xiàng)：（1）試驗(yàn)中打點(diǎn)記時(shí)器的安裝，兩紙帶限位孔必需在同一豎直線上，以削減摩擦力。（2）試驗(yàn)時(shí)，必需先接通電源，讓打點(diǎn)記時(shí)器工作正常后才松開紙帶讓重錘下落。（3）打點(diǎn)記時(shí)器必需接50Hz溝通低壓電源。（4）為了減小重物在下降過程中空氣阻力的影響，應(yīng)選擇質(zhì)量大、體積小的重物。數(shù)據(jù)處理：m（kg）h（m）V（m/s）勢能削減量mgh(J)動能增加量ΔEK(J)1234試驗(yàn)結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)，自由下落的物體機(jī)械能守恒。四、機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用【例題一】蕩秋千是一種常見的消遣休閑活動，若秋千繩的長度l=2m,蕩到最高點(diǎn)時(shí)秋千繩與堅(jiān)直方向的夾角θ=60°。取重力加速度g=9.8m/s2,求蕩到最低點(diǎn)時(shí)秋千的速度大小。(忽視阻力及秋千繩的質(zhì)量,且人在秋千上的姿態(tài)可視為不變）探討：（1）以誰為探討對象，探討的是哪個(gè)過程（2）探討過程中，機(jī)械能是否守恒？（3）選取哪個(gè)平面為參考平面，初末狀態(tài)的機(jī)械能分別為多少？（4）依據(jù)機(jī)械能守恒定律列方程總結(jié)解題步驟：(1)確定探討對象和探討過程(2)分析探討對象在運(yùn)動過程中的受力狀況弄清各力做功的狀況，推斷機(jī)械能是否守恒(3)恰當(dāng)選取零勢能面，并確定探討對象在探討過程的始、末狀態(tài)的機(jī)械能。(4)依據(jù)機(jī)械能守恒定律列出方程，進(jìn)行求解。【例題二】質(zhì)量分別為3kg和5kg的物體A、B，用輕繩連接跨在一個(gè)定滑輪兩側(cè)，A