機(jī)械能守恒定律 教案 高中物理新教科版必修第二冊(cè)（2022-2023學(xué)年）

PAGE機(jī)械能守恒定律【教學(xué)目標(biāo)】1．明確機(jī)械能守恒定律的含義和適用條件。2．能準(zhǔn)確判斷具體的運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能是否守恒。3．熟練應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】能準(zhǔn)確判斷具體的運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能是否守恒?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】熟練應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題?！窘虒W(xué)過程】一、情境導(dǎo)入我們?cè)诔踔幸呀?jīng)知道，動(dòng)能和勢(shì)能（包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能）統(tǒng)稱為機(jī)械能。動(dòng)能和勢(shì)能是可以相互轉(zhuǎn)化的，如果只有它們相互轉(zhuǎn)化，盡管各自的大小會(huì)變化，但機(jī)械能的總和不變，即機(jī)械能守恒。那么，在什么條件下才只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化呢？或者說，在什么條件下機(jī)械能守恒？二、新知學(xué)習(xí)（一）動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化1．動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化實(shí)例（1）自行車下坡時(shí)，重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加。（2）蕩秋千過程中，向上擺動(dòng)時(shí)，動(dòng)能減少，重力勢(shì)能增加，向下擺動(dòng)時(shí)，動(dòng)能增加，重力勢(shì)能減少。（3）撐桿跳高過程中，脫離桿之前，動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能在相互轉(zhuǎn)化，脫離桿后，只有動(dòng)能和重力勢(shì)能在相互轉(zhuǎn)化。2．動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化時(shí)的特點(diǎn)：重力或彈力做正功時(shí)，勢(shì)能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化，做負(fù)功時(shí)，動(dòng)能向勢(shì)能轉(zhuǎn)化。3．實(shí)驗(yàn)探究（1）實(shí)驗(yàn)裝置：將螺母用細(xì)線掛在鐵架臺(tái)上制成單擺。（2）實(shí)驗(yàn)步驟：把螺母拉起一個(gè)較小的角度，放手后，它能擺至另一側(cè)的等高位置；在鐵架臺(tái)的桿上固定一個(gè)夾子，當(dāng)螺母擺到最低點(diǎn)時(shí)，細(xì)線被夾子擋住，但螺母仍能擺到另一側(cè)的等高位置。（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：忽略空氣阻力，只有重力做功時(shí)，動(dòng)能和勢(shì)能在相互轉(zhuǎn)化的過程中，總量不變。4．理論探究（1）探究情景：物體做拋體運(yùn)動(dòng)的過程，如圖所示。（2）推導(dǎo)過程：A位置的機(jī)械能EA＝mgh1＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)。B位置的機(jī)械能EB＝mgh2＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)對(duì)A至B過程由動(dòng)能定理有mg（h1－h(huán)2）＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)即mgh1＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝mgh2＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)，EA＝EB。（二）機(jī)械能守恒定律（1）內(nèi)容：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能會(huì)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。（2）表達(dá)式：Ep1＋Ek1＝Ep2＋Ek2。（3）守恒條件：只有重力（或彈力）做功?！鞠胍幌搿吭谝韵聝煞N條件下機(jī)械能是否守恒？并說明兩種條件的含義是否相同？（1）只受重力。（2）只有重力做功。提示：兩種條件下機(jī)械能均守恒，但兩種條件的含義不同。只有重力做功時(shí)可能物體只受重力，也可能還受其他力，但其他力都不做功。（三）關(guān)于機(jī)械能轉(zhuǎn)化與守恒的實(shí)驗(yàn)觀察1．?dāng)[球?qū)嶒?yàn)（1）在這個(gè)過程中，小球受到哪幾個(gè)力的作用？它們中哪些力做功？哪些力不做功？（2）小球在擺動(dòng)過程中總能回到原來的高度，好像“記得”自己原來的高度，從能量的角度看，這個(gè)現(xiàn)象說明了什么？2．伽利略斜面實(shí)驗(yàn)如圖所示為伽利略斜面實(shí)驗(yàn)裝置，小鋼球在左側(cè)傾斜軌道某一位置由靜止釋放后，會(huì)沿著軌道來回運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)注意觀察：小鋼球能否回到原來釋放點(diǎn)的高度？分析其中的原因。如果上述實(shí)驗(yàn)將小鋼球換成乒乓球，會(huì)產(chǎn)生怎樣的現(xiàn)象？先動(dòng)手做一做，再將觀察到的現(xiàn)象與小鋼球的擺動(dòng)現(xiàn)象作比較，想一想其中的原因?！居懻摻涣鳌咳鐖D4-5-6所示，滑塊在彈簧的作用下沿水平氣墊導(dǎo)軌做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。仔細(xì)觀察滑塊的運(yùn)動(dòng)過程，思考以下問題：（1）滑塊受到幾個(gè)力的作用？各個(gè)力做功的情況是怎樣的？（2）有哪些形式的能量參與轉(zhuǎn)化？如何轉(zhuǎn)化？轉(zhuǎn)化過程中，彈簧和滑塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒嗎？【討論交流】如圖4-5-7所示，彈簧下端懸掛的鉤碼在豎直方向上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。你認(rèn)為運(yùn)動(dòng)過程中，彈簧與鉤碼組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒嗎？為什么？三、重難點(diǎn)突破（一）對(duì)機(jī)械能守恒定律的理解與應(yīng)用1．研究對(duì)象（1）當(dāng)只有重力做功時(shí)，可取一個(gè)物體（其實(shí)是物體與地球構(gòu)成的系統(tǒng)）作為研究對(duì)象。（2）當(dāng)物體之間的彈力做功時(shí)，必須將這幾個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)作為研究對(duì)象（使這些彈力成為系統(tǒng)內(nèi)力）。2．表達(dá)式意義（1）從能量守恒的角度，E1＝E2或ΔE＝E2－E1＝0，前者表示前、后兩狀態(tài)的機(jī)械能相等，后者表示系統(tǒng)的機(jī)械能沒變化。（2）從能量轉(zhuǎn)化的角度，ΔEk＝－ΔEp或ΔEp＝－ΔEk，前者表示系統(tǒng)增加的動(dòng)能等于減少的勢(shì)能，后者表示系統(tǒng)增加的勢(shì)能等于減少的動(dòng)能。（3）從機(jī)械能轉(zhuǎn)移的角度，ΔEA＝－ΔEB或ΔEB＝－ΔEA，前者表示系統(tǒng)內(nèi)物體A的機(jī)械能增加量等于物體B的機(jī)械能減少量，后者表示物體B的機(jī)械能增加量等于物體A機(jī)械能的減少量。3．守恒條件（1）從能量特點(diǎn)看：只有系統(tǒng)動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，無其他形式能量之間（如內(nèi)能）轉(zhuǎn)化，則系統(tǒng)機(jī)械能守恒。如物體間發(fā)生相互碰撞、物體間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，又有相互間的摩擦作用時(shí)有內(nèi)能的產(chǎn)生，機(jī)械能一般不守恒。（2）從機(jī)械能的定義看：動(dòng)能與勢(shì)能之和是否變化。如一個(gè)物體沿斜面勻速（或減速）滑下，動(dòng)能不變（或減?。?，勢(shì)能減小，機(jī)械能減小，一物體沿水平方向勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械能守恒，沿豎直方向勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械能不守恒。（3）從做功特點(diǎn)看：只有重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功，具體表現(xiàn)在：①只受重力（或系統(tǒng)內(nèi)的彈力）。如：所有做拋體運(yùn)動(dòng)的物體（不計(jì)阻力）。②還受其他力，但只有重力（或系統(tǒng)內(nèi)的彈力）做功，其他力不做功。③有系統(tǒng)的內(nèi)力做功，但是做功代數(shù)和為零，系統(tǒng)機(jī)械能守恒。4．應(yīng)用步驟（1）選取研究對(duì)象（物體或系統(tǒng)）。（2）明確研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過程，分析研究對(duì)象在過程中的受力情況，弄清各力做功情況，判斷機(jī)械能是否守恒。（3）選取恰當(dāng)?shù)膮⒖计矫?，確定研究對(duì)象在初末狀態(tài)的機(jī)械能。（4）選取恰當(dāng)?shù)谋磉_(dá)式，列方程求解。5．機(jī)械能守恒定律和動(dòng)能定理的比較機(jī)械能守恒定律動(dòng)能定理應(yīng)用范圍只有重力和彈力做功時(shí)無條件限制表達(dá)式E1＝E2ΔEk＝－ΔEpΔEA＝－ΔEBW＝ΔEk物理意義其他力（重力、彈力以外）所做的功是機(jī)械能變化的量度合外力對(duì)物體做的功是動(dòng)能變化的量度關(guān)注角