省優(yōu)質(zhì)課機械能守恒定律教案

1、機械能守恒定律一、教學(xué)目標1、知識與技能(1)知道什么是機械能，理解物體的動能和勢能 可以相互轉(zhuǎn)化。(2)理解機械能守恒定律的容和適用條件。(3)會判定具體問題中機械能是否守恒，能運用 機械能守恒定律分析實際問題。2、過程與方法(1)學(xué)習(xí)從物理現(xiàn)象分析、推導(dǎo)機械能守恒定律 及適用條件的研究方法。(2)初步掌握運用能量轉(zhuǎn)化和守恒來解釋物理現(xiàn) 象及分析問題的方法。3、情感、態(tài)度與價值觀體會科學(xué)探究中的守恒思想，養(yǎng)成探究自然規(guī)律的 科學(xué)態(tài)度，領(lǐng)悟機械能守恒規(guī)律解決問題的優(yōu)點， 形成科學(xué)價值觀。二、教學(xué)重點和難點1、教學(xué)重點(1)機械能守恒定律的探究、推導(dǎo)與建立，以及 機械能守恒定律含義的理解。(2)

2、機械能守恒定律的條件和機械能守恒定律的 實際應(yīng)用。2、教學(xué)難點(1)機械能守恒的條件及對機械能守恒定律的理 解。(2)能正確分析物體系統(tǒng)所具有的機械能，判斷研究對象在所經(jīng)歷的過程中機械能是否守恒。三、教學(xué)方法和教具1、教學(xué)方法：實驗探究、啟發(fā)誘導(dǎo)、歸納總結(jié)、應(yīng)用拓展、多媒體輔助教學(xué)2、教具：鐵架臺、鐵夾、玻璃棒、細線、小鋼球、摩擦計、彈簧振子四、教學(xué)過程(引入新課)碰鼻實驗：如圖所示，把懸掛重球拉至鼻尖由靜止釋放，實驗者立于原位不動，小球來回擺動，學(xué)生觀察者怕重球碰壞了鼻子，可事 實重球碰不到鼻尖。 提出疑問，引入新課。(新課講授)引導(dǎo)學(xué)生回憶本章學(xué)習(xí)過哪些形式的能量，重力勢能、彈性勢能、動能

3、。一、 機械能1、機械能：動能和勢能（重力勢能和彈性勢能）統(tǒng) 稱為機械能。2、表達式：E=Ek+Ep3、機械能是標量，具有相對性。先選取參考平面才能確定機械能（一般選地面）4、動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化例子：多媒體播放圖片自由落體運動 萍拋運動、小球在光滑斜面向下運 動、瀑布、高山滑雪 重力勢能向動能轉(zhuǎn)化豎直上拋運動的上升過程小球沿光滑斜面向上運動、背越式跳高 動能向重力勢能轉(zhuǎn)化明投出的籃球、詢出的鉛球、單擺、過山車： 重力勢能和動能互相轉(zhuǎn)化思考：上述例子發(fā)生的都是動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化為什么會發(fā)生這樣的轉(zhuǎn)化？-答：受重力在光滑水平面上勻速直線是否受重力？看來動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化的原因，不是受重

4、力， 而是得有重力做功。守恒條件1:在只有重力做功的過程中，物體只發(fā)生 動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化，物體和地球組成的系統(tǒng) 機械能守恒。推導(dǎo)守恒定律表達式：例：物體沿光滑曲面滑下，只有重力對物體做功。用動能定理以及重力的功和重力勢能變化的關(guān)系，推導(dǎo)出物體在任意位置A、B機械能相等。如：從位置A到位置B:由動能定理得重力的功：Wg = Ek2- Eki由重力做功和重力勢能變化的關(guān)系得重力的功：Wg=- &=&-良得 Ek2- &1= 61- Ep2移項)得bl+31= &2+&2 , 即El= E2展開： mgh 1+1/2mv 12= mgh 2+1/2mv

5、 22上式可移項為mg(h 1- h2)=1/2 mv22 -1/2mv 12即&=0此表達式不需規(guī)定參考平面該過程若用動能定理表達，既不用判定是否守恒，又 不需規(guī)定參考平面。另外守恒定律不涉及時間因素，不涉及狀態(tài)間的過程 細節(jié)，也可見其解決問題的優(yōu)越性。實例分析：把一個小球用細線懸掛起來，（不 計空氣阻力）把小球拉到一定高度 的A點，然后放開，小球在擺動過 程中，重力勢能和動能相互轉(zhuǎn)化。我們看到，小球可 以擺到跟A點等高的C點。實驗2如圖乙，如果用木筷在擋住細線，小球雖然不 能擺到C點，但擺到另一側(cè)C'時也能達到跟A點相 同的高度。這個實驗中，小球的受力情況如何？各個力的做功

6、情況如何？這個實驗說明了什么？小球在擺動過程中受重力和繩的拉力作用。拉力和速 度方向總垂直，對小球時刻不做功；只有重力對小球 做功。實驗表明，小球在擺動過程中重力勢能和動能在 不斷轉(zhuǎn)化，小球總能回到原來的高度。可見，重力勢 能和動能的總和保持不變，即機械能保持不變?？梢姡喝绻酥亓?，還受其它力，機械能也可以守 恒，只要重力以外的力不做功。所以機械能守恒的條件不是只受重力，而是只有重力做功。應(yīng)用計算：把一個小球用細線懸掛起來，就成為一個擺，如圖所示，擺長為1,最大偏角為0O如果阻力可 以忽略，小球運動到最低位置時的速度是多大?分析：小球受力及各力做功情況解：選最低點所在平面為零勢能面，小球在最

7、高點的狀態(tài)為初狀態(tài)，該點重力勢能 E>i=mgL (1-cos 0 ),動能Eki=0 。小球在最低點的狀態(tài)為末狀態(tài)，重力勢能Ep2=0,動能 E<2=mv 2/2由機械能守恒定律得E k2+Ep2 = E ki + Epiy mx/ = mg (£ /cosfi)V= J 2g£(1-匕 OS&).以例歸納步驟：引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)：應(yīng)用機械能守恒定律解決問題的一般步驟1 .選擇研究對象2 .明確研究過程，受力分析，看各力做功情況，判斷機械能是否守恒。3 .選擇參考平面，確定始末狀態(tài)及其機械能4 .由機械能守恒定律列方程統(tǒng)一單位求解守恒條件2:I1II|I_i

8、iIA 0 B如右圖，水平方向的彈簧振子。 球靜止在O點，彈簧處于原長， 把球拉離。點到B點，放開后， 球運動到左側(cè)A點，觀察小球向左右的最大距離是否相等這個實驗中，小球的受力情況如何？各個力的做功情況如何？這個實驗說明了什么？小球在往復(fù)運動過程中，豎直方向受重力和桿的支持 力作用，水平方向上受彈力作用。重力、支持力和速 度方向總垂直，對小球不做功；只有彈簧的彈力對小 球做功。實驗表明，小球在往復(fù)運動過程中，只有彈簧彈力做 功，只發(fā)生彈性勢能和動能的相互轉(zhuǎn)化，彈性勢能和 動能的總和保持不變。即小球 和彈簧組成的系統(tǒng)機械 能守恒。例：如圖10所示，輕彈簧k 一端與墻相連，處于自然狀態(tài)，質(zhì)量為4k

9、g的木塊沿光滑的水平面以 5m/s 的速度運動并開始擠壓彈簧，求1.彈簧最大的彈性勢能Word文檔2.木塊被彈回速度增大到3m/s時彈簧的彈性勢能.守恒條件3:以系統(tǒng)相互作用的兩個物體為例：這一類題目，系統(tǒng)除重力以外的其它力對系統(tǒng)不做功，系統(tǒng)部的相互作用力是彈力，而彈力做功只是使的兩個物體之間 它形式的能參與 機械能守恒。系統(tǒng)部的機械能在相互作用 進行等量的轉(zhuǎn)換，并沒有其 機械能的轉(zhuǎn)換，所以系統(tǒng)的(1)相互作用的輕繩拉力做功類例：如圖所示，一很長的、不可伸長的柔軟輕繩跨過光滑定滑輪，繩兩端各系一小球 a和b.a球質(zhì)量為 m,靜置于地面；b球質(zhì)量為3m,用手托住，高度為 h,此時輕繩剛好拉緊.從

10、靜止開始釋放b后，a可能 達到的最大高度為()A. hB. 1.5hC. 2hD. 2.5h練：如圖，傾角為 的光滑斜面上有一質(zhì)量為 M的物體， 通過一根跨過定滑輪的細繩與質(zhì)量為 m的物體相連，開始 時兩物體均處于靜止狀態(tài)，且 m離地面的高度為h,求它Word文檔們開始運動后m著地時的速度?（2）相互作用的壓力，支持力做功類例.如圖所示，斜面置于光滑水平地面上，其光滑斜面 上有一物體由靜止沿斜面下滑，在物體下滑過程中， 下列說確的是A物體的重力勢能減少，動能增大，機械能增大B斜面的機械能不變C斜面對物體的作用力垂直于接觸面，不對物體做功D物體和斜面組成的系統(tǒng)機械能守恒（3）輕桿連接體問題如圖所

11、示，一根輕質(zhì)細桿的兩端分別固定著 A、B兩只質(zhì)量均為 m的小球，O點是一光滑水平軸，已知，8。=）使細桿從水平 位置由靜止開始轉(zhuǎn)動，當B球轉(zhuǎn)到O點正下方時，求：（1）物體B對細桿的拉力。（2）桿對B球做功 Wo 6”結(jié)論：系統(tǒng)只有重力和系統(tǒng)相互作用的彈力做功時，只發(fā) 生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)機械能守恒。表達式：a系統(tǒng)初態(tài)機械能等于末態(tài)機械能Ei=E2b系統(tǒng)變化的動能等于變化的勢能&二國最常用)c系統(tǒng)一個物體機械能的增加等于另一物體機械能的減小 Ei=AE>說明：對某物體應(yīng)用機械能守恒定律比動能定理麻煩，但 若兩個或以上的物體組成的系統(tǒng)滿足機械能守恒條件，應(yīng) 用機械能守恒定律解

12、題，比分別對系統(tǒng)每一個物體應(yīng)用動 能定理簡便得多。練：自由下落的小球，從接觸豎直放置的輕彈簧開始，到 壓縮彈簧有最大形變的過程中，以下說法中正確的是A.小球的動能逐漸減少 B.小球的重力勢能逐漸減少C.小球的機械能守恒 D.小球的加速度逐漸增大二、機械能守恒定律(1)定律容：在只有重力，彈簧彈力或系統(tǒng)相互作 用的彈力做功的物體系統(tǒng)，動能和勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn) 化，但機械能的總量保持不變。(2)表達式：/+% = % + <(3)條件a.系統(tǒng)只發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，這就需要滿足b.只有重力，彈簧彈力或系統(tǒng)相互作用的彈力做功, 其它力不做功(而不是不作用)這樣就不會有機械能以外的能參與轉(zhuǎn)化，機

13、械能的 總量保持不變。三.機械能守恒定律的應(yīng)用1、碰鼻實驗釋放鋼球后，若忽略空氣阻力，只有重力做功，機械能守恒，應(yīng)該擺到等高處，不會碰到鼻子。2、上海軌道交通 3號線某車站的設(shè)計方案。由于站 臺建得稍高，車進站時要上坡，出站時要下坡。忽略 摩擦力，分析這種設(shè)計的優(yōu)點。進站前關(guān)閉發(fā)動機，機車憑慣性上坡，動能變成重力勢能儲存起來，出站時下坡，重力勢能變成動能，節(jié) 省了能源。3、在下列幾種運動中，遵守機械能守恒定律的是( )A.雨滴勻速下落B.汽車剎車的運動C.物體沿斜面勻速下滑D.物體做自由落體運動說明：機械能守恒的條件不是 合力為零，也不是合功 為零。即機械能是否守恒與物體的運動狀態(tài)無關(guān)。補充：重力以外的力做功與機械能變化的關(guān)系 可以以例：在拉力的作用下物體向上加速，向上