2024-2025學(xué)年新教材高中物理第八章4機(jī)械能守恒定律1教案新人教版必修2

PAGE1-機(jī)械能守恒定律（1）教學(xué)目標(biāo)核心素養(yǎng)物理觀念：知道什么是機(jī)械能，理解動(dòng)能和勢(shì)能之間可以相互轉(zhuǎn)化；科學(xué)思維：理解機(jī)械能守恒的含義及其適用條件，會(huì)判定是否守恒；科學(xué)探究：會(huì)探究動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化關(guān)系；科學(xué)看法與責(zé)任：通過追尋守恒量的學(xué)習(xí)，是學(xué)生樹立科學(xué)觀點(diǎn)，理解自然規(guī)律。教學(xué)重點(diǎn)1．機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)及理解2．機(jī)械能守恒的判定及簡(jiǎn)潔應(yīng)用3．教學(xué)難點(diǎn)1．機(jī)械能守恒條件的理解2．機(jī)械能守恒的判定3．高考考點(diǎn)課型新授教具教法教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)復(fù)習(xí)回顧：1．什么是重力勢(shì)能，有哪些性質(zhì)，正負(fù)的含義。2．重力做功的特點(diǎn)及與重力勢(shì)能變更的關(guān)系。3．彈力做功和彈性勢(shì)能變更的關(guān)系。4．什么是動(dòng)能？如何量度動(dòng)能的變更？新課引入：?jiǎn)栴}1：跳高運(yùn)動(dòng)員是以高度來計(jì)算成果，為什么他們?cè)谔耙苣?？其他學(xué)生補(bǔ)充日常生活中動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的例子。老師總結(jié)，動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過程中，二者之和會(huì)不會(huì)變更呢？學(xué)生分析動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)一、追尋守恒量伽利略曾探討過小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)，如圖示，發(fā)覺無論斜面B比斜面A陡些還是緩些，小球的速度最終總會(huì)在斜面上某點(diǎn)變?yōu)?，這點(diǎn)距斜面低端的高度高度與它動(dòng)身時(shí)的高度基本相同，假如忽視阻力和摩擦力，兩個(gè)高度應(yīng)當(dāng)完全相同，不會(huì)低些也不會(huì)高些。思索：在小球運(yùn)動(dòng)過程中，有哪些物理量是變更的？哪些是不變的？老師總結(jié)：小球每次似乎“記得”自己的起始高度，到達(dá)另一邊總要到達(dá)原來的高度，這說明小球運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能和勢(shì)能是相互轉(zhuǎn)化的，轉(zhuǎn)化中某個(gè)量是保持不變的。小嬉戲，找一名同學(xué)上講臺(tái)，用一細(xì)線栓一小球，將小球拉倒該同學(xué)鼻尖位置，釋放，視察學(xué)生的反映。二、動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化1．動(dòng)能和重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化分析下落的果實(shí)、過山車、斜拋的物體等自然現(xiàn)象中機(jī)械能之間是怎樣轉(zhuǎn)化的？2．動(dòng)能和彈性勢(shì)能的轉(zhuǎn)化彈簧的一端固定在光滑橫桿上一端，另一端與小球相連，讓小球在水平的橫桿上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。跳水運(yùn)動(dòng)員起跳閱讀教材P89內(nèi)容，回答問題。學(xué)生說明小球返回時(shí)，假如該同學(xué)不躲閃，小球會(huì)不會(huì)遇到他鼻尖？教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)跳水運(yùn)動(dòng)員從起跳至落水全過程中，各種能是如何轉(zhuǎn)化的？老師總結(jié)：以上事例中，涉及到動(dòng)能，重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能。3．機(jī)械能⑴定義：物理學(xué)中把物體由于_做機(jī)械運(yùn)動(dòng)而具有的能_稱為機(jī)械能。物體的機(jī)械能是物體動(dòng)能和勢(shì)能的和。⑵說明：①機(jī)械能是標(biāo)量②機(jī)械能的大小是相對(duì)的。（為什么？）③系統(tǒng)性動(dòng)能和勢(shì)能可以通過重力或彈力做功，從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，在轉(zhuǎn)化過程中遵循怎樣的規(guī)律呢？三、機(jī)械能守恒定律1．做功種類⑴只有重力做功時(shí)的機(jī)械能如圖物塊自光滑曲面由靜止下滑，A、B位置速度分別為v1、v2，高度分別為h1、h2，探討在物塊下滑過程中動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化時(shí)遵循的規(guī)律。解：從A到B過程中只有重力做功，由動(dòng)能定理可得：移項(xiàng)得：左邊等于初態(tài)機(jī)械能，右邊等于末態(tài)機(jī)械能，初末狀態(tài)機(jī)械能相等。結(jié)論1：在只有重力做功的系統(tǒng)內(nèi)，物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中總的機(jī)械能保持不變。學(xué)生分析回答學(xué)生分析下圖的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系推廣：若物塊從B運(yùn)動(dòng)到A，表達(dá)式是否成立？教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)⑵．只有彈力做功時(shí)的機(jī)械能如圖小球從B位置運(yùn)動(dòng)到C位置，速度分別為vB、vC，彈性勢(shì)能分別為EPB、EPC，探究在小球運(yùn)動(dòng)過程中，動(dòng)能和彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化時(shí)遵循的規(guī)律。解：從B到C彈簧彈力做功由動(dòng)能定理得：移項(xiàng)得：即：初態(tài)機(jī)械能等于末態(tài)機(jī)械能。結(jié)論2．在只有彈簧彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，物體的動(dòng)能和系統(tǒng)彈性勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中總的機(jī)械能總量不變。⑶．若系統(tǒng)除重力和系統(tǒng)彈力做功外，還有其它力做功，機(jī)械能是否守恒呢？可以證明，若其它力做功之和為零，總機(jī)械機(jī)械能保持不變，假如其它力做功之和大于零，機(jī)械能增加，其它力做功之和小于零，機(jī)械能減小。2．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)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問題只需考慮運(yùn)動(dòng)的初狀態(tài)和末狀態(tài)，不必考慮兩個(gè)狀態(tài)間過程的細(xì)微環(huán)節(jié)，即可以簡(jiǎn)化計(jì)算.3．表達(dá)式①即；②；；。說明：用①時(shí)，須要規(guī)定重力勢(shì)能的參考平面；用②時(shí)則不必規(guī)定重力勢(shì)能的參考平面，因?yàn)橹亓?shì)能的變更量與參考平面教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)的選取沒有關(guān)系。尤其是用ΔＥ增＝ΔＥ減，只要把增加的機(jī)械能和削減的機(jī)械能都寫出來，方程自然就列出來了。4．條件①只有重力做功，只發(fā)生動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化②只有系統(tǒng)彈力做功，只發(fā)生動(dòng)能和彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化.③只有重力和系統(tǒng)彈力做功，發(fā)生動(dòng)能、彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。④除重力和系統(tǒng)彈力做功外，還有其它力做功，合功為零，如物體在沿斜面的拉力F的作用下沿斜面運(yùn)動(dòng)，若已知拉力與摩擦力的大小相等，方向相反，在此運(yùn)動(dòng)過程中，其機(jī)械能守恒。5．守恒的含義“變中的不變”，變指的是動(dòng)能和勢(shì)能都是發(fā)生變更的，它們之間相互轉(zhuǎn)化；不變指的是動(dòng)能和勢(shì)能之和保持不變。假如動(dòng)能和勢(shì)能均沒有發(fā)生變更，只能稱之為機(jī)械能不變，不能稱為守恒。守恒肯定是不變，但不變不肯定稱為守恒。6．守恒的判定①利用機(jī)械能的定義干脆推斷：若動(dòng)能和勢(shì)能中，一種能變更，另一種能不變，則其機(jī)械能肯定變更.②用做功推斷：若物體或系統(tǒng)只有重力(或彈力)做功，雖受其他力，但其他力不做功，機(jī)械能守恒.③用能量轉(zhuǎn)化來推斷：若物體系統(tǒng)中只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化而無機(jī)械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒.例1．如圖所示，在光滑水平地面上勻速運(yùn)動(dòng)的物體其機(jī)械能是否守恒？答：機(jī)械能不變練1．下列關(guān)于機(jī)械能是否守恒的推斷正確的是(ABD)A.甲圖中，物體將彈簧壓縮的過程中，物體和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒(不計(jì)空氣阻力)結(jié)合定律內(nèi)容分析條件，加深學(xué)生理解。學(xué)生要深刻理解含義推廣：假如是粗糙的水平面呢？教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)B.乙圖中，物體在大小等于摩擦力的沿斜面對(duì)下的拉力F作用下沿斜面下滑時(shí)，物體機(jī)械能守恒C.丙圖中，物體沿斜面勻速下滑的過程中，物體機(jī)械能守恒D.丁圖中，斜面光滑，物體在斜面上下滑的過程中，物體機(jī)械能守恒練2．以下物體運(yùn)動(dòng)過程，滿意機(jī)械能守恒的是(③⑤⑥⑨)①在草地上滾動(dòng)的足球②從旋轉(zhuǎn)滑梯上滑下的小摯友③豎直真空管內(nèi)自由下落的硬幣④勻速下落的跳傘運(yùn)動(dòng)員⑤做平拋運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能守恒⑥光滑曲面上自由運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能守恒⑦圓錐擺球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)⑧做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能可能守恒（不變）⑨做變速運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能可能守恒⑩外力對(duì)物體做功為零時(shí)，機(jī)械能肯定守恒例2．如圖所示，質(zhì)量為m小球從高處下落到豎直放置的輕彈簧上，在將彈簧壓縮到最短的整個(gè)過程中，試分析以下問題：①系統(tǒng)中涉及幾種形式的能量？②那些力對(duì)小球做了功？③機(jī)械能守恒嗎？④球運(yùn)動(dòng)過程中能量轉(zhuǎn)化狀況？下列關(guān)于小球和彈簧的能量敘述中正確的是：（ACD）A.重力勢(shì)能和動(dòng)能之和減小B.重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能之和總保持不變C.動(dòng)能和彈性勢(shì)能之和增大D.重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能和動(dòng)能之和總保持不變教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)練1．如圖所示，一輕彈簧一端固定于O點(diǎn)，另一端系一重物，將重物從與懸點(diǎn)O在同一水平面且彈簧保持原長(zhǎng)的A點(diǎn)無初速度地釋放，讓它自由擺下，不計(jì)空氣阻力，在重物由A點(diǎn)擺到最低點(diǎn)的過程中(AB)A.重物的機(jī)械能削減B.重物與彈簧組成的系統(tǒng)的機(jī)械能不變C.重物與彈簧組成的系統(tǒng)的機(jī)械能增加D.重物與彈簧組成的系統(tǒng)的機(jī)械能削減練2．質(zhì)量相同的小球A和B分別懸掛在長(zhǎng)為L(zhǎng)和2L的不同長(zhǎng)繩上，先將小球A、B拉至同一水平高度(如圖6所示)從靜止釋放，當(dāng)兩繩豎直時(shí)，不計(jì)空氣阻力，則()A.兩球的速率一樣大B.兩球的動(dòng)能一樣大C.兩球的機(jī)械能一樣大D.兩球所受的拉力一樣大練3．如圖所示，將物體P用長(zhǎng)度適當(dāng)?shù)妮p質(zhì)細(xì)繩懸掛于天花板下方，兩物體P、Q用一輕彈簧相連，物體Q在力F的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，彈簧被壓縮，細(xì)繩處于伸直狀態(tài).已知該彈簧的彈性勢(shì)能僅與其形變量有關(guān)，且彈簧始終在彈性限度內(nèi)，現(xiàn)將力F撤去，輕繩始終未斷，不計(jì)空氣阻力，則(BC)A.彈簧復(fù)原原長(zhǎng)時(shí)，物體Q的速度最大B.撤去力F后，彈簧和物體Q組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒C.在物體Q下落的過程中，彈簧的彈性勢(shì)能先減小后增大D.撤去力F前，細(xì)繩的拉力不行能為零例3．如圖所示，桌面高度為h，質(zhì)量為m的小球，從離桌面高H處自由落下，不計(jì)空氣阻力，假設(shè)桌面處的重力勢(shì)能為零，小球落到地面前的瞬間的機(jī)械能應(yīng)為（）A．mghB．mgHC．mg（H+h）D．mg（H-h）完成練習(xí)，體會(huì)并駕馭判定機(jī)械能守恒的方法。教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)練1．如圖所示，質(zhì)量為1kg的小物塊從傾角為30°、長(zhǎng)為2m的光滑固定斜面頂端由靜止起先下滑，若選初始位置為零勢(shì)能點(diǎn)，重力加速度g取10m/s2，則它滑到斜面中點(diǎn)時(shí)具有的機(jī)械能和動(dòng)能分別是(C)A.5J；5J B.10J；15JC.0；5J D.0；10J解析：物塊的機(jī)械能等于物塊動(dòng)能和重力勢(shì)能之和，以初位置為零勢(shì)能點(diǎn)，則物塊在初位置的機(jī)械能為0，在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，故有所以動(dòng)能是5J。例4．在距離地面15m高處以10m/s的初速度豎直向上拋出一小球，不計(jì)空氣阻力，取g＝10m/s2，求小球能達(dá)到的最大高度及落地時(shí)速度大小。解：設(shè)豎直上拋的高度為h2，由機(jī)械能守恒得：代入數(shù)據(jù)得：最大高度落地時(shí)速度為v，以地面為參考面，全程由機(jī)械能