《物理（醫(yī)藥衛(wèi)生類）》教案 高職 4.4機械能守恒定律

21世紀教育網(wǎng)精品試卷·第《4.4機械能守恒定律》教案教學目標：1.首先從概念的角度出發(fā)，明確什么是機械能，在機械能守恒的情況下重力勢能與動能之間是相互轉(zhuǎn)化的，構(gòu)建能量觀念。（物理觀念）2.運用動能定理推導機械能守恒定律，體會做功在能量轉(zhuǎn)化過程的用途。（科學思維）3.通過紙帶和打點計時器找到重力勢能的減少量與動能增加量之間的關(guān)系，從而驗證機械能守恒定律，體驗驗證過程和物理學的研究方法。（科學探究）4.通過機械能守恒的教學，使學生樹立科學觀點，理解和運用自然規(guī)律，并用來解決實際問題。（科學態(tài)度與責任）教學重點：1.掌握機械能守恒定律的推導、建立過程，理解機械能守恒定律的內(nèi)容；2.在具體的問題中能判定機械能是否守恒，并能列出定律的數(shù)學表達式。教學難點：1.從能的轉(zhuǎn)化和功能關(guān)系出發(fā)理解機械能守恒的條件；2.能正確判斷研究對象在所經(jīng)歷的過程中機械能是否守恒，能正確分析物體所具有的機械能。教學方法：講授法、討論法教學準備：多媒體材料：PPT課件教學過程：導入新課：思考：一輛過山車在下滑過程中，既然沒有什么動力，為什么每次總能如此準確的完成一連串有驚無險的動作呢？出示圖片:翻滾過山車這實際上是動能和勢能之間發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化，那么你知道它們在轉(zhuǎn)化的過程中遵守什么規(guī)律嗎？二、新課講解：（一）動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化1.重力勢能與動能相互轉(zhuǎn)化A-B：在這個過程中，物體的速度增加了，表示物體的動能增加了。這說明，物體原來的重力勢能轉(zhuǎn)化成了動能。B-C：在這個過程中，這時重力對物體做負功，物體的速度減小，表示物體的動能減少了。但由于物體的高度增加，它的重力勢能增加了。這說明，物體的動能轉(zhuǎn)化成了重力勢能。結(jié)論:物體的動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化。2.彈性勢能與動能相互轉(zhuǎn)化.由小球接觸彈簧到速度為零的這一過程中，彈力做負功，彈簧的彈性勢能增加，而物體速度減小，動能減少。小球原來的動能轉(zhuǎn)化成了彈性勢能。壓縮的彈簧彈簧恢復原來形狀被壓縮的彈簧具有彈性勢能，當彈簧恢復原來形狀時，就把跟它接觸的物體彈出去。這一過程中，彈力做正功，彈簧的彈性勢能減少，而物體得到一定的速度，動能增加。物體原來的彈性勢能轉(zhuǎn)化成了動能。出示圖片:跳板跳水運動員從跳板上彈起的過程中，跳板的———______轉(zhuǎn)化為運動員的_________。答案：彈性勢能、動能結(jié)論:物體的動能和彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化。3.機械能重力勢能、彈性勢能與動能都是機械運動中的能量形式，統(tǒng)稱為機械能。通過重力或彈力做功，機械能可以從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式。思考與討論：一個小球在真空中做自由落體運動，另一個同樣的小球在黏性較大的液體中由靜止開始下落。它們都由高度為h1的地方下落到高度為h2的地方，如下圖所示。小球在真空和油中的下落(1)在這兩種情況下，重力做的功相等嗎？(2)重力勢能的變化相等嗎？(3)動能的變化相等嗎？(3)重力勢能各轉(zhuǎn)化成什么形式的能？參考答案：（1）這兩種情況下，重力做功相等；（2）重力勢能的變化相等；（3）動能變化不相等；（4）第一次減小的重力勢能完全轉(zhuǎn)化為動能，第二次減小的重力勢能除了轉(zhuǎn)化為動能外，還有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（二）機械能守恒定律我們發(fā)現(xiàn)其它力做功會引起機械能與內(nèi)能等其他能量的相互轉(zhuǎn)換，所以機械能守恒定律是有條件的。例如：如圖物體沿光滑曲面滑下的情形。這種情形下，物體受到哪些力的作用？哪些力做功？重力和曲面支持力的作用，因為支持力方向與運動方向垂直，支持力不做功，所以，只有重力做功。如圖所示物體在某一時刻處在高度為h1的位置A，這時它的速度是v1。經(jīng)過一段時間后，物體下落到高度為h2的另一位置B，這時它的速度是v2。用W表示這一過程中重力做的功。從動能定理知道，重力對物體做的功等于物體動能的增加，即:另一方面，重力對物體做的功等于物體重力勢能的減少。即:從以上兩式可得：這就是說，重力做了多少功，就有多少重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。進一步整理可得：等式左邊為物體末狀態(tài)動能與勢能之和，等式右邊為物體初狀態(tài)動能與勢能之和。結(jié)論：在只有重力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動能與重力勢能互相轉(zhuǎn)化時總的機械能保持不變。思考與討論：在上圖中，如果物體從位置B沿光滑曲面上升到位置A，重力做負功。這種情況下上式的關(guān)系是否還成立？由動能定理得：另一方面，重力對物體做的負功等于物體重力勢能的增加。即:從以上兩式可得：這就是說，重力做了多少功，就有多少重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。進一步整理可得：這種情況下上式的關(guān)系仍然成立。思考討論：如何理解只有重力做功？（1）物體只受重力作用。（2）物體除受重力外還受到其他力的作用，但其他力不做功，或其他力做功的代數(shù)和為零。平拋運動或其它拋體運動的物體。只受重力。沿光滑斜面下滑的物體受重力和支持力但支持力不做功。沿粗糙斜面下滑的物體，拉力F大小和摩擦力f大小相等，拉力F和摩擦力f做功的代數(shù)和為零。同樣可以證明，在只有彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動能和彈性勢能互相轉(zhuǎn)化時總的機械能也保持不變。1.機械能守恒定律內(nèi)容在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，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EK1+EP1=EK2+EP2或E1＝E23.守恒條件物體系統(tǒng)內(nèi)只有重力或彈力做功(其他力不做功)，機械能守恒。對于該條件可具體理解如下：（1）系統(tǒng)不受外力。（2）系統(tǒng)受外力，但所有外力均不做功。（3）系統(tǒng)受外力，而且外力做功，但外力做功的代數(shù)和為零。如圖所示滑雪者沿斜面下滑時機械能守恒嗎？滑雪者沿斜面下滑時，斜面的支持力與運動方向垂直，不做功；如果阻力做的功較少，可以忽略，則只有重力做功。此種情況下，動能與重力勢能可以互相轉(zhuǎn)化，總的機械能守恒。如果阻力做的功較大，不能忽略，則機械能不守恒。例題：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l，最大偏角為θ。如果阻力可以忽略，小球運動到最低點時的速度大小是多少？分析：在阻力可以忽略的情況下，小球擺動過程中受重力和細線的拉力。細線的拉力與小球的運動方向垂直，不做功，所以這個過程中只有重力做功，機械能守恒。小球在最高點只有重力勢能，動能為0，計算小球在最高點和最低點重力勢能的差值，根據(jù)機械能守恒定律就能得出它在最低點的動能，從而算出它在最低點的速度。解：以小球為研究對象。設最低點的重力勢能為0，以小球在最高點的狀態(tài)作為初狀態(tài)，以小球在最低點的狀態(tài)作為末狀態(tài)。在最高點的動能Ek1＝0，重力勢能是Ep1＝mg（l－lcosθ）在最低點的重力勢能Ep2＝0，而動能可以表示為：運動過程中只有重力做功，所以機械能守恒，即：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1把初末狀態(tài)下動能、重力勢能的表達式代入，得＝mg（L－Lcosθ）由此解出小球運動到最低點時的速度大?。簭牡玫降谋磉_式可以看出，初狀態(tài)的θ角越大，cosθ越小，（1－cosθ）就越大，v也就越大。也就是說，最初把小球拉得越高，它到達最低點時的速度也就越大。解題步驟：(1)確定研究對象(2)對研究對象進行正確的受力分析(3)判定各個力是否做功，并分析是否符合機械能守恒的條件(4)視解題方便選取零勢能參考平面，并確定研究對象在始、末狀態(tài)時的機械能。(5)根據(jù)機械能守恒定律列出方程，或再輔之以其他方程，進行求解。應用機械能守恒定律解決問題的優(yōu)點：只需考慮運動的初狀態(tài)和末狀態(tài)，不必考慮兩個狀態(tài)間過程的細節(jié)，這樣就簡化了計算。特別提醒：機械能守恒的條件絕不是合外力的功等于零，更不是合外力為零；判斷機械能是否守恒時主要看是否只有重力或彈力做功。三、課堂小結(jié)：知識梳理：總結(jié)機械能概念和機械能守恒定律內(nèi)容重點強調(diào)：強調(diào)機械能守恒定律的表達式和守恒條件。引導學生回顧是否達到本節(jié)的核心素養(yǎng)目標。四、課堂練習1.在下列情況中，機械能守恒的是（）A．飄落的樹葉B．沿著斜面勻速下滑的物體C．被起重機勻加速吊起的物體D．不計空氣阻力，推出的鉛球在空中運動的過程答案：D2.關(guān)于機械能，下列說法中正確的是（）A．做變速運動的物體，只要有摩擦力存在，機械能一定減少B．如果物體所受的合外力不為零，則機械能一定發(fā)生變化C．作斜拋運動的物體，不計空氣阻力時，機械能是守恒的。因而物體在同一高度,具有相同的速度D．在水平面上做變速運動的物體，它的機械能不一定變化答案：D3.關(guān)于機械能守恒定律的適用條件，下列說法中正確的是()A.物體所受的合外力為零時，機械能守恒B.物體沿斜面加速下滑過程中，機械能一定不守恒C.系統(tǒng)中只有重力和彈簧彈力做功時，系統(tǒng)的機械能守恒D.在空中飛行的炮彈爆炸前后機械能守恒答案：C4.如圖所示，某人用平行斜面向下的拉力F將物體沿固定斜面拉下，拉力大小等于摩擦力，則下列說法中正確的是（）