78機(jī)械能守恒定律.doc

8機(jī)械能守恒定律 本課教學(xué)從動(dòng)能和勢能的復(fù)習(xí)人手，引導(dǎo)學(xué)生觀察生活現(xiàn)象，思考動(dòng)能和勢能的變化之間的關(guān)系機(jī)械能守恒定律是本章教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，重點(diǎn)是使學(xué)生掌握物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒的條件；能夠正確分析物體系統(tǒng)所具有的機(jī)械能；能夠應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決有關(guān)問題進(jìn)而利用動(dòng)能定理推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式 分析物體系統(tǒng)所具有的機(jī)械能，尤其是分析、判斷物體所具有的重力勢能，是本節(jié)學(xué)習(xí)的難點(diǎn)之一在教學(xué)中應(yīng)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，物體重力勢能大小與所選取的參考平面(零勢面)有關(guān)；而重力勢能的變化量是與所選取的參考平面無關(guān)的在討論物體系統(tǒng)的機(jī)械能時(shí)，應(yīng)先確定參考平面要啟發(fā)學(xué)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(duì)物體做正功，重力勢能減少，動(dòng)能增加，意味著重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能反之，如果重力做負(fù)功，重力勢能增加，動(dòng)能減少，意味著動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能這樣可以幫助學(xué)生理解教材中所說的“通過重力或彈力做功，機(jī)械能可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式” 能否正確運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決問題是本節(jié)學(xué)習(xí)的另一難點(diǎn)通過本節(jié)學(xué)習(xí)應(yīng)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，從功和能的角度分析、解決問題是物理學(xué)的重要方法之一；同時(shí)進(jìn)一步明確，在對(duì)問題作具體分析的條件下，要能夠正確選用適當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律分析、處理問題教學(xué)重點(diǎn) 1機(jī)械能守恒的條件 2在具體的問題中能判定機(jī)械能是否守恒，并能列出數(shù)學(xué)表達(dá)式教學(xué)難點(diǎn) 1判斷機(jī)械能是否守恒 2靈活運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決問題課時(shí)安排 1課時(shí)三維目標(biāo) 知識(shí)與技能 1理解動(dòng)能與勢能的相互轉(zhuǎn)化2掌握機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式過程與方法經(jīng)過機(jī)械能守恒定律的實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)一步理解機(jī)械能守恒的條件情蓐態(tài)度與價(jià)值觀培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的思想，通過規(guī)律、理論的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)以致用的思想 1自制課件、學(xué)案 2麥克斯韋滾擺、單擺、彈簧振子 在學(xué)生觀看過山車的同時(shí)，教師提醒學(xué)生分析過山車在運(yùn)行過程中動(dòng)能和勢能的變化情況 游戲?qū)?教師利用事先準(zhǔn)備好的演示器材，請(qǐng)兩個(gè)同學(xué)配合，指導(dǎo)他們完成一個(gè)小游戲，讓同學(xué)們認(rèn)真觀察并思考游戲里面的科學(xué)道理 器材：細(xì)線、小鋼球、鐵架臺(tái) 演示過程：將小鋼球機(jī)固定在細(xì)線的一端，細(xì)線的另一端系在鐵架臺(tái)上，使小球與細(xì)線形成一個(gè)擺讓一個(gè)同學(xué)靠近鐵架臺(tái)，頭稍低，另一同學(xué)把小球由該同學(xué)的鼻子處釋放，小球擺動(dòng)過程中能否碰到該同學(xué)的鼻子，提醒注意安全，并思考里面韻科學(xué)道理如左下圖 如右上圖所示，懸掛單擺的鐵架臺(tái)上增加一個(gè)橫桿P和一把水平放置的尺子AB，實(shí)驗(yàn)時(shí)調(diào)整橫桿P的高度，觀察小球擺動(dòng)的情況，調(diào)整水平尺子的高度使小球從不同位置擺動(dòng)，觀察小球擺動(dòng)的情況將各次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)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(jìn)新課 一、動(dòng)能與勢能的相互轉(zhuǎn)化 前面我們學(xué)習(xí)了動(dòng)能、勢能和機(jī)械能的知識(shí)在初中學(xué)習(xí)時(shí)我們就了解到，在一定條件下，物體的動(dòng)能與勢能(包括重力勢能和彈性勢能)可以相互轉(zhuǎn)化，動(dòng)能與勢能相互轉(zhuǎn)化的例子在生活中非常多，請(qǐng)同學(xué)們舉出生活中的例子來說明動(dòng)能與勢能的相互轉(zhuǎn)化 參考：1從樹上掉下的蘋果(勢能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化)； 2自行車猛蹬幾下自由沖上斜坡(動(dòng)能向勢能轉(zhuǎn)化) 3拉弓射箭(勢能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化) 4運(yùn)動(dòng)會(huì)上撐竿跳高運(yùn)動(dòng)員在跳起的過程中(人的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為桿的彈性勢能，后桿的彈性勢能轉(zhuǎn)化為人的重力勢能) 實(shí)驗(yàn)演示：依次演示麥克斯韋滾擺、單擺和彈簧振子，提醒學(xué)生注意觀察物體運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能、勢能的變化情況，即轉(zhuǎn)化過程中物理量的具體變化 通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生回答物體運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能、勢能變化情況 教師小績：物體運(yùn)動(dòng)過程中，隨著動(dòng)能的增大，物體的勢能減??；反之，隨著動(dòng)能的減小，物體的勢能增大 學(xué)生通過實(shí)例感受、實(shí)驗(yàn)演示，切實(shí)感受到機(jī)械能的兩種形式(動(dòng)能與勢能)之間可以相互轉(zhuǎn)化而且，轉(zhuǎn)化過程中有力做功 重力做功：動(dòng)能一重力勢能 彈力做功：動(dòng)能一彈性勢能 二、機(jī)械能守恒定律 問囊：動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化是否存在某種定量的關(guān)系呢?上述各運(yùn)動(dòng)過程中，物體的機(jī)械能是否變化呢? 引導(dǎo)學(xué)生通過具體的實(shí)例進(jìn)行理論推導(dǎo)分析先考慮只有重力對(duì)物體做功的理想情況 情境設(shè)置：質(zhì)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(jì)空氣阻力，分析由下落到過程分析：根據(jù)動(dòng)能定理 下落過程中重力對(duì)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(xiàng)得 引導(dǎo)學(xué)生分析討論上面表達(dá)式的物理意義：等號(hào)的左側(cè)表示末態(tài)的機(jī)械能，等號(hào)的右側(cè)表示初態(tài)的機(jī)械能，表達(dá)式表明初態(tài)跟末態(tài)的機(jī)械能相等即在小球下落的過程中，重力勢能減小，動(dòng)能增加，減小的重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 問題：此表達(dá)式具有普遍意義嗎?還是僅在只受重力的自由落體運(yùn)動(dòng)中成立?引導(dǎo)學(xué)生自己推導(dǎo)豎直上拋、平拋的過程是否成立 引導(dǎo)學(xué)生關(guān)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(dòng)能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而機(jī)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(nèi)呢? 課件展示：展示彈簧振子(由于彈簧振子概念學(xué)生還沒有接觸，教師可以不提彈簧振子的概念)的運(yùn)動(dòng)情況，分析物理過程 教師設(shè)疑：在只有重力做功的情況下，機(jī)械能是守恒的；同樣作為機(jī)械能組成部分的勢能，是否在只有彈力做功的情況下，機(jī)械能也能守恒呢? 學(xué)生在推導(dǎo)過程中可能會(huì)存在一定的困難，教師適當(dāng)加以輔助推導(dǎo)對(duì)彈簧與小球的運(yùn)動(dòng)過程簡要分析，得到動(dòng)能與勢能的轉(zhuǎn)化關(guān)系，并明確：在只有彈力對(duì)物體做功時(shí)物體的機(jī)械能守恒 通過上面只有重力做功與只有彈力做功兩個(gè)部分的推導(dǎo)，師生總結(jié)機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容： 在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變表達(dá)式： 教師引導(dǎo)學(xué)生理解表達(dá)式中各量的物理意義，并回顧機(jī)械能守恒定律推導(dǎo)過程，加深認(rèn)識(shí)三、機(jī)械能守恒定律的條件思維拓展 通過以上內(nèi)容的學(xué)習(xí)，我們理解了機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式，但真正應(yīng)用到解題過程還是有限制的 大屏幕投影機(jī)械能守恒定律的內(nèi)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(nèi)”，突出強(qiáng)調(diào)守恒的受力前提引導(dǎo)學(xué)生自己總結(jié)守恒的條件 有的學(xué)生認(rèn)為守恒條件應(yīng)該是只受重力或彈力； 有的學(xué)生認(rèn)為守恒條件應(yīng)該是只有重力或彈力做功 在肯定兩位學(xué)生認(rèn)真思考的基礎(chǔ)上，教師質(zhì)疑兩位學(xué)生的意見，激發(fā)他們思考的積極性：兩位同學(xué)說的有什么不同嗎? 學(xué)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(jī)械能守恒定律的條件應(yīng)該怎樣表述呢?舉例說明 學(xué)生總結(jié)：機(jī)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(yùn)動(dòng)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(jì)空氣阻力，取，求小球落地速度大小 引導(dǎo)學(xué)生思考分析，提出問題： 1前面學(xué)習(xí)過應(yīng)用運(yùn)動(dòng)合成與分解的方法處理平拋運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)在能否應(yīng)用機(jī)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(yùn)動(dòng)過程中，是否滿足機(jī)械能守恒的條件?如何應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問題? 3歸納學(xué)生分析的結(jié)果，明確：小球下落過程中，只有重力對(duì)小球做功，滿足機(jī)械能守恒條件，可以用機(jī)械能守恒定律求解；應(yīng)用機(jī)械能守恒定律時(shí)，應(yīng)明確所選取的運(yùn)動(dòng)過程，明確|初、末狀態(tài)小球所具有的機(jī)械能 ； 取地面為參考平面，拋出時(shí)小球具有的重力勢能=mgh，動(dòng)能為落地時(shí)。小球的重力勢能根據(jù)機(jī)械能守恒定律，有El=E2，即落地時(shí)小球的速度大小為課堂訓(xùn)練 1如圖所示，下列四個(gè)選項(xiàng)的圈中，木塊均在固定的斜面上運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，圖C中的木塊向上運(yùn)動(dòng)在這四個(gè)圖所示的運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)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(shí)的速度大小為多大?參考答案 1解析：機(jī)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(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化過程中，物體的機(jī)械能守恒依照此條件分析，A、B、D三項(xiàng)均錯(cuò) 答案：c 2解析：鏈條下滑時(shí)，因桌面光滑，沒有摩擦力做功整根鏈條總的機(jī)械能守恒，可用村械能守恒定律求解設(shè)整根鏈條質(zhì)量為m，則單位長度質(zhì)量(質(zhì)量線密度)為mL 設(shè)桌面重力勢能為零，由機(jī)械能守恒定律得點(diǎn)撥：求解這類題目時(shí)，一是注意零勢點(diǎn)的選取，應(yīng)盡可能使表達(dá)式簡化，該題如選鏈條全部滑下時(shí)的最低點(diǎn)為零勢能點(diǎn)，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(shí)的勢能應(yīng)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(shí)的勢能就沒有必要再分，可對(duì)整根鏈條求出重力勢能課堂小結(jié)1.在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，物體的機(jī)械能總量不變 2應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的解題步驟 (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)判斷各個(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)行求解布置作業(yè)、 1教材“問題與練習(xí)”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(jī)械能守恒定律 課題：從能量的角度探究機(jī)械能守恒定律的條件 目的：進(jìn)行課堂拓展，讓學(xué)生自主設(shè)置情景，自主探究，重溫機(jī)械能守恒定律條件發(fā)現(xiàn)的過程，加深對(duì)課本內(nèi)容的理解 方法：指導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)置情景，從能量的角度判斷機(jī)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(zhuǎn)化過程(不計(jì)一切阻力) 2流星從高空向地球墜落的過程中，在進(jìn)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(zhuǎn)化 3射箭的時(shí)候，運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)化1解答：(1)小球在從A點(diǎn)下落至點(diǎn)的過程中，根據(jù)動(dòng)能定理 等式左邊表示物體在A點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能，等式右邊表示物體在B點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能，小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)的過程中，機(jī)械能守恒 2答案：BC 飛船升空的階段，動(dòng)力對(duì)飛船做功，飛船的機(jī)械能增加 飛船在橢圓軌道上繞地球運(yùn)行的階段，只有引力對(duì)飛船做功，機(jī)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(dòng)力飛行的過程中，只有引力做功，機(jī)械能守恒進(jìn)人大氣層并運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，降落傘張開，返回艙下降的過程中，空氣阻力做功，機(jī)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(jī)械能守恒設(shè)地面為零勢能面，根據(jù)機(jī)械能守恒定律根據(jù)動(dòng)能定理(2)由知，石塊落地時(shí)速度大小與石塊初速度大小和石塊拋出時(shí)的高度有關(guān)，與石塊的質(zhì)量和石塊初速度的仰角無關(guān) 本節(jié)課通過教師給出撐竿跳、滑雪、過山車等材料，給學(xué)生感性認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生對(duì)能的轉(zhuǎn)化以初步認(rèn)識(shí)，然后對(duì)動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化關(guān)系進(jìn)行猜想，為定量探究打下基礎(chǔ)引導(dǎo)學(xué)生通過具體情境的設(shè)置來推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式，探究過程中，激發(fā)、鼓勵(lì)學(xué)生大膽思考，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，啟發(fā)學(xué)生思維，使學(xué)生參與到教與學(xué)的活動(dòng)中去對(duì)守恒條件的教學(xué)，本教學(xué)設(shè)計(jì)采用了逐步引導(dǎo)的方法，引導(dǎo)學(xué)生向守恒條