高中物理《機械能守恒定律》教案21 新人教版必修2（通用）

1、 7.6 機械能守恒定律 一、教學目的：1通過演示了解動能與重力勢能之間的相互轉化，初步領會機械能守恒定律的內容。2會正確推導自由落體、豎直上拋過程中的機械能守恒定律。3正確理解機械能守恒定律的含義及適用條件。4分析實際生活中的事例，進一步理解機械能守恒定律的含義及適用條件。二、重難點：1推導機械能守恒定律。2正確理解機械能守恒定律的含義及適用條件三、教學方法：演示實驗、分析推理、講授授討論四、教具：細線、小球、帶標尺的鐵架臺。五、教學過程：（一）引入新課：在初中我們已經(jīng)學過，重力勢能和動能之間可以發(fā)生相互轉化，如物體自由下落或豎直上拋時，前者下落過程中高度不斷減小，重力勢能減小，速度增加，動

2、能增大，是一個重力勢能向動能轉化的過程；后者在上升過程中高度不斷增大，重力勢能增加，速度減小，動能減小，是一個動能向重力勢能轉化的過程。既然重力勢能和動能之間可以相互轉化，那么“轉化”過程中的動能和勢能之和即機械能變不變呢？這就是我們這堂課要研究的機械能守恒定律的知識。(二) 進行新課：1機械能：物體的動能和勢能之和稱為物體的機械能。用E表示，即E=EK+EP。機械能是狀態(tài)量，其大小與物體的位置和運動速度有關；機械能是標量，只有大小，沒有方向；機械能是相對量，選取不同的零勢點，其值不一樣。2重力勢能與動能之間的相互轉化。觀察實驗，分析出哪個過程是重力勢能向動能轉化，哪個過程是動能向重力勢能轉化

3、。演示實驗把一個小球用細線懸掛起來，將小球拉到一定高度的A點，調節(jié)鐵架臺上標尺與A點等高水平。如圖1所示，然后釋放小球，小球就擺動起來。我們通過標尺比較，可以清晰地看到，小球擺到跟A點高度相同的C點。如果用一鐵釘在課本圖7-21中的D點擋住細線，重新操作，雖然觀察到小球不能擺到C點，但觀察到小球不能擺到C點，但能觀察到小球擺到C點的高度與A點相同。小球自A運動到B，是重力勢能向動能轉化過程；由B運動到C或C點，是動能向重力勢能轉化過程。假如不存在空氣阻力，小球將以相同的最大高度在A與C或A與C之間永遠擺動下去。自由落體運動是重力勢能向動能的轉化過程，我們應用學過的動能定理和重力做功與重力勢能的

4、關系等知識，可推導證明在這個過程中機械能守恒。3證明機械能守恒定律如圖3所示，設一個質量為m的物體自由下落，經(jīng)過高為h1 的A點（初位置）時速度為V1。下落到高度為h2的B點（末位置）時速度為V2，在自由落體運動中，物體只受重力G=mg的作用，重力做正功，設重力所做的功為WG，則由動能定理可得： (1)（1）式表示，重力所做的功等于動能的增加。另一方面，由重力做功與重力勢能的關系知道：WG=mgh1-mgh2 (2)（2）式表示，重力所做的功等于重力勢能的減少。由（1）式和（2）式可得： （3）由（3）式可知，在自由落體運動中，重力做了多少功，就有多少重力勢能轉化為等量的動能。通過對（3）式移

5、項后可得：或寫成EK2+EP2= EK1+EP1 （4）（4）式表明，在自由落體運動中，動能和重力勢能之和即總機械能保持不變。教師引導學生比較物體做豎直上拋運動及平拋運動幾種情況下的受力情況、做功情況及能量轉化情況，歸納總結出：在只有重力做功的情況下，不論物體做直線運動還是曲線運動（如豎直上拋運動、平拋等），物體的機械能總量保持不變。4機械能守恒定律1內容：在只有重力做功的情況下，物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉化，但機械能的總量保持不變2適用條件：只有重力做功。以上學習機械能守恒定律基本內容，下面進一步理解機械能守恒定律及其適用條 5 進一步認識機械能守恒定律接著我們來看機械能的屬性我們知道，

6、機械能包括重力勢能由上一節(jié)知識我們知道，重力勢能是屬于物體與地球組成的重力系統(tǒng)所共有的，因此從原則上說，機械能守恒定律的研究對象是：1、研究對象是物體與地球共同組成的系統(tǒng)。下面我們對機械能守恒的適用條件進行擴展我們可想像到，在光滑的水平面上，放開一根被壓縮的彈簧，它可以把跟它接觸的小球彈出去，這時彈簧的彈力做功，彈簧的彈性勢能轉化為小球的動能以后可以證明：在彈性勢能和動能的相互轉化中，如果只有彈力做功，動能和彈性勢能之和保持不變，即機械能守恒，所以機械能守恒的適用條件還有：2在只有彈力做功的情形下，物體系（彈簧和物體）的機械能也守恒。下面我們考察兩種情形：A小球在光滑水平面上運動B小球沿靜止的

7、斜面勻速滾下兩種情形中小球均做勻速運動，前者小球的動能和重力勢能都不變，后者小球的動能不變，而重力勢能減少了可以說前者小球的機械能總量不變，后者小球的機械能總量變小進一步分析可知，前者小球合外力為零，沒有力對小球做功；后者小球的合外力也為零，但有重力和摩擦力做功由此可見，機械能守恒定律的另一個適用條件為：3在沒有任何外力做功的情形下，物體或物體系的機械能也守恒。通過以上學習，我們可以歸納出機械能守恒定律的適用條件只有重力或彈力做功，沒有任何外力做功。6應用機械能守恒定律的基本思路：應用機械能守恒定律時，相互作用的物體間的力可以是變力，也可以是恒力，只要符合守恒條件，機械能就守恒。而且機械能守恒

8、，只涉及物體系的初、末狀態(tài)的物理量，而不須分析中間過程的復雜變化，使處理問題得到簡化。應用的基本思路如下；1 選取研究對象-物體系或物體。2 根據(jù)研究對象所經(jīng)歷的物理過程，進行受力，做功分析，判斷機械能是否守恒。3 恰當?shù)剡x取參考平面，確定研究對象在過程的初、末態(tài)時的機械能。4 根據(jù)機械能守恒定律列方程，進行求解。例、質量為m的小球，從桌面上豎直拋出，桌面離地高為h，小球能到達的離地高度為H若以桌面為重力勢能為零的參考平面，不計空氣阻力，則小球落地時的機械能為：AmgH Bmgh Cmg(H+h) Dmg(H-h)課堂小結：1機械能守恒定律：在只有重力或彈力做功的情況下，物體的動能和重力勢能或彈性勢能發(fā)生相互轉化，但機械能的總量保持不變2應用機械能守恒定律的基本思路：選取研究對象-物