【同步備課】2020年高中物理教學設計(新人教必修二)7.8《機械能守恒定律》7

§7.8機械能守恒定律教案課題§7.8機械能守恒定律課型新授課（2課時）教學目標學問與技能1．知道什么是機械能，知道物體的動能和勢能可以相互轉化．2．會正確推導物體在光滑曲面上運動過程中的機械能守恒，理解機械能守恒定律的內容，知道它的含義和適用條件．3．在具體問題中，能判定機械能是否守恒，并能列出機械能守恒的方程式。過程與方法學會在具體的問題中判定物體的機械能是否守恒．2．初步學會從能量轉化和守恒的觀點來解釋物理現象，分析問題．情感、態(tài)度與價值觀通過能量守恒的教學，使同學樹立科學觀點，理解和運用自然規(guī)律，并用來解決實際問題．的機械能，尤其是分析、推斷物體所具有的重力勢能．3．應用機械能守恒定律解決具體問題．教學重點、難點教學重點1．把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，并能列出定律的數學表達式．教學難點1．從能的轉化和功能關系動身理解機械能守恒的條件．2．能正確推斷爭辯對象在所經受的過程中機械能是否守恒，能正確分析物體系統所具有教學方法探究、講授、爭辯、練習教學手段教具預備投影儀、細線、小球，帶標尺的鐵架臺、彈簧振子．教學活動師：我們已學習了重力勢能、彈性勢能、動能．這些不同形式的能是可以相互轉化的，那么在相互轉化的過程中，他們的總量是否發(fā)生變化?這節(jié)課我們就來探究這方面的問題．一、動能和勢能的相互轉化師：現在大家看這樣幾個例子，分析各個物體在運動過程中能量的轉化狀況．(投影呈現教材上的實例，包括自由下落的物體、沿光滑斜面對下運動的物體、豎直上拋的物體等等，這些物體最好是具體的實物，以增加同學學習的愛好，減小問題的抽象性)師：我們先來看自由落體運動的物體，自由落體運動是一種最簡潔的加速運動，在這個運動過程中能量的轉化狀況是怎樣的?生：在自由落體運動中，物體在下落的過程中速度不斷增大，動能是增加的；而隨著高度的減小，物體的重力勢能是削減的．師：在豎直上拋運動的過程中，能量的轉化狀況又是怎樣的?生：豎直上拋運動可以分成兩個階段，一個是上升過程的減速階段，一個是下落過程的加速階段，下落過程的加速階段能量的變化過程和自由落體運動中能量的轉化過程是一樣的，動能增加，重力勢能削減，由于這個階段的運動實質上就是自由落體運動．在上升過程中，物體的動能削減，重力勢能增加．師：物體沿光滑斜面上滑，在運動過程中受到幾個力，有幾個力做功，做功的狀況又是怎么樣的?生：在物體沿光滑的斜面上滑時，物體受到兩個力的作用，其中包括物體受到的重力和斜面對它的支持力，這兩個力中重力對物體做負功，支持力的方向始終和物體運動方向垂直，所以支持力不做功．師：在豎直上拋過程中能量的轉化狀況是怎樣的?生：在豎直上拋過程中，先是物體的動能削減，重力勢能增加，然后是重力勢能削減，動能增加．師：我們下面再看這樣一個例子：(演示：如圖5．8—1，用細線、小球、帶有標尺的鐵架臺等做試驗．把一個小球用細線懸掛起來，把小球拉到肯定高度的A點，然后放開，小球在搖擺過程中，重力勢能和動能相互轉化．我們看到，小球可以擺到跟A點等高的C點，如圖5．8—1甲．假如用尺子在某一點攔住細線，小球雖然不能擺到C點，但擺到另一側時，也能達到跟A點相同的高度，如圖5．8—1乙)師：在這個小試驗中，小球的受力狀況如何?各個力的做功狀況如何?這個小試驗說明白什么問題?生：小球在搖擺過程中受重力和繩的拉力作用．拉力和速度方向總垂直，對小球不做功，只有重力對小球能做功．試驗證明，小球在搖擺過程中重力勢能和動能在不斷轉化．在搖擺過程中，小球總能回到原來的高度．可見，重力勢能和動能的總和不變．師：上面幾個例子都是說明動能和重力勢能之間的相互轉化，那么動能和另外一個勢能——彈性勢能之間的關系又是什么呢?我們看下面一個演示試驗．(試驗演示，如圖5．8—2，水平方向的彈簧振于．用彈簧振子演示動能和彈性勢能的相互轉化)師：在這個小試驗中，小球的受力狀況如何?各個力的做功狀況如何?這個小試驗說明白什么?(同學觀看演示試驗，思考問題，選出代表發(fā)表見解)生1：小球在往復運動過程中，豎直方向上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能做功．生2：試驗證明，小球在往復運動過程中彈性勢能和動能在不斷轉化．小球在往復運動過程中總能回到原來的位置，可見，彈性勢能和動能的總和應當不變．師：動能和重力勢能的總和或者動能和彈性勢能的總和叫做什么能量?生：動能和重力勢能和彈性勢能的總和叫做機械能．師：上述幾個例子中，系統的機械能的變化狀況是怎樣的?生：雖然動能不斷地變化，勢能也不斷地變化，它們的變化應當存在一個規(guī)律，即總的機械能是不變的．(課堂訓練)如圖5．8—3所示，桌面高為A，質量為m的小球從離桌面高為H處自由落下，不計空氣阻力，假設桌面處的重力勢能為零，則小球落到地面前瞬間的機械能為…………()A.mghB.mgHC.mg(H+h)D.mg(H—h)解析：機械能是動能和勢能的總和，由于選桌面為零勢舶面，所以開頭時機械能為mgH，由于小球在下落過程中只受重力，所以小球在落地之前機械能守恒，即在下落過程中任意一個位置機械能都與開頭時機械能相等．答案：B師：剛才這些例子只是半定量地了解機械能內部動能和勢能的轉化狀況，要想精確地解決這個問題，還需要進一步的爭辯．我們得到動能和勢能之間可以相互轉化，那么在動能和勢能的轉化過程中，動能和勢能的和是否真的保持不變?下面我們就來定量爭辯這個問題．二、機械能守恒定律師：我們來看這樣一個問題：(投影課本23頁圖5．8—3的問題，同學自主推導結論，老師巡察指導，準時解決同學可能遇到的困難．投影同學的推導過程，和其他同學一起點評)物體沿光滑曲面滑下，只有重力對物體做功．用我們學過的動能定理以及重力的功和重力勢能的關系，推導出物體在A處的機械能和B處的機械能相等．師：這個問題應當怎樣解決，結論是什么?生：推導的結果為：Ek2+EP2=Ek1+EP1，即E1=E2．師：這個結論用文字敘述應當是什么?生：動能和重力勢能可以相互轉化，而總的機械能保持不變．師：這個結論的前提是什么?生：這個結論的前提是在只有重力做功的物體系統內．師：除了這樣一個條件之外，在只有彈力做功的系統內，動能和彈性勢能可以相互轉化，而總的機械能不變．師(得出結論)：在只有重力或彈力做功的物體系統內，動能和彈性勢能可以相互轉化，總的機械能也保持不變，這就是機械能守恒定律．為了生疏機械能守恒定律的解題步驟，我們看下面的例題．(投影呈現課本23頁例題，同學嘗試獨立解決這個問題，在解決問題中體會用機械能守恒定律解決問題的一般步驟)把一個小球用細線懸掛起來，就成為一個擺，擺長為L，最大傾角為θ．小球到達最底端的速度是多大?師：這個問題應當怎樣分析?生：和剛才舉的例子一樣，小球在搖擺過程中受到重力和細線的拉力．細線的拉力與小球的運動方向垂直，不做功，所以整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，沒有動能，計算小球在最高點和最低點的重力勢能的差值，依據機械能守恒定律就能得到它在最低點的動能，從而計算出在最低點的速度．師：具體的解答過程是什么?師：通過這個題目的解答，你能夠得到什么啟發(fā)呢?生1：機械能守恒定律不涉及運動過程中的加速度和時間，用它來處理問題要比牛頓定律便利．生2：用機械能守恒定律解題，必需明確初末狀態(tài)機械能，要分析機械能守恒的條件．師：下面大家總結一下用機械能守恒定律解決問題的一般步驟．(投影同學總結的用機械能守恒定律解題的一般步驟，組織同學爭辯完善這個問題，形成共同的看法)(參考解題步驟)生：可以分為以下幾步進行：1．選取爭辯對象——系統或物體．2．依據爭辯對象所經受的物理過程．進行受力、做功分析，推斷機械能是否守恒．3．恰當地選取參考平面，確定爭辯對象在過程的初末狀態(tài)時的機械能．4．依據機械能守恒定律列方程，進行求解．師：它和動能定理解題的相同點是什么呢?生：這兩個定理都可以解決變力做功問題和運動軌跡是曲線的問題．它們都關懷物體初末狀態(tài)的物理量．師：用動能定理和機械能守恒定律解題的不同點是什么?生：機械能守恒定律需要先推斷機械能是不是守恒，而應用動能定理時要求要比機械能守恒定律條件要寬松得多．應用機械能守恒定律解決問題首先要規(guī)定零勢能面，而用動能定理解決問題則不需要這一步．師：剛才同學們分析得都很好，機械能守恒定律是一個格外重要的定律，大家肯定要嫻熟把握它．（四）實例探究☆對機械能守恒定律條件的理解［例1］如圖所示，下列四個選項的圖中，木塊均在固定的斜面上運動，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A、B、D中的木塊向下運動，圖C中的木塊向上運動。在這四個圖所示的運動過程中機械能守恒的是解析：機械能守恒的條件是：物體只受重力或彈力的作用，或者還受其它力作用，但其它力不做功，那么在動能和勢能的相互轉化過程中，物體的機械能守恒。依照此條件分析，ABD三項均錯。答案：C☆對機械能守恒定律的應用［例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1/4垂在桌邊，如圖所示，松手后鏈條從靜止開頭沿桌邊下滑，則鏈條滑至剛剛離開桌邊時的速度大小為多大？解析：鏈條下滑時，因桌面光滑，沒有摩擦力做功。整根鏈條總的機械能守恒，可用機械能守恒定律求解。設整根鏈條質量為m，則單位長度質量（質量線密度）為m／L設桌面重力勢能為零，由機械能守恒定律得解得點撥：求解這類題目時，一是留意零勢點的選取，應盡可能使表達式簡化，該題如選鏈條全部滑下時的最低點為零勢能點，則初始勢能就比較麻煩。二是機敏選取各部分的重心，該題最開頭時的勢能應取兩部分（桌面上和桌面下）勢能總和，整根鏈條的總重心便不好確定，最終剛好滑出桌面時的勢能就沒有必要再分，可對整根鏈條求出重力勢能。繼動能定理以后，我們緊接著又開頭學習用能量方法解決問題的另外一個重要的學問點，在這