7.8 機(jī)械能守恒定律教案

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1、物理必修2人教新課標(biāo)7.8 機(jī)械能守恒定律教案 課 題 7.8 機(jī)械能守恒定律 課 型 新授課(2課時(shí)) 教 學(xué) 目 標(biāo) 知識(shí)與技能 1.知道什么是機(jī)械能,知道物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化. 2.會(huì)正確推導(dǎo)物體在光滑曲面上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械能守恒,理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容,知道它的含義和適用條件. 3.在具體問(wèn)題中,能判定機(jī)械能是否守恒,并能列出機(jī)械能守恒的方程式。 過(guò)程與方法 1. 學(xué)會(huì)在具體的問(wèn)題中判定物體的機(jī)械能是否守恒. 2.初步學(xué)會(huì)從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)來(lái)解釋物理現(xiàn)象,分析問(wèn)題. 情感、態(tài)度與價(jià)值觀 通過(guò)能量守恒的

2、教學(xué),使學(xué)生樹(shù)立科學(xué)觀點(diǎn),理解和運(yùn)用自然規(guī)律,并用來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題. 的機(jī)械能,尤其是分析、判斷物體所具有的重力勢(shì)能. 3.應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決具體問(wèn)題. 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn) 1.掌握機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)、建立過(guò)程,理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容. 2.在具體的問(wèn)題中能判定機(jī)械能是否守恒,并能列出定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式. 教學(xué)難點(diǎn) 1.從能的轉(zhuǎn)化和功能關(guān)系出發(fā)理解機(jī)械能守恒的條件. 2.能正確判斷研究對(duì)象在所經(jīng)歷的過(guò)程中機(jī)械能是否守恒,能正確分析物體系統(tǒng)所具有 教 學(xué) 方 法 探究、講授、討論、練習(xí) 教 學(xué) 手 段 教具準(zhǔn)備

3、投影儀、細(xì)線、小球,帶標(biāo)尺的鐵架臺(tái)、彈簧振子. 教 學(xué) 活 動(dòng) [新課導(dǎo)入] 師:我們已學(xué)習(xí)了重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、動(dòng)能.這些不同形式的能是可以相互轉(zhuǎn)化的,那么在相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程中,他們的總量是否發(fā)生變化?這節(jié)課我們就來(lái)探究這方面的問(wèn)題. [新課教學(xué)] 一、動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化 師:現(xiàn)在大家看這樣幾個(gè)例子,分析各個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化情況. (投影展示教材上的實(shí)例,包括自由下落的物體、沿光滑斜面向下運(yùn)動(dòng)的物體、豎直上拋的物體等等,這些物體最好是具體的實(shí)物,以增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,減小問(wèn)題的抽象性) 師:我們先來(lái)看自由落體運(yùn)動(dòng)的物體

4、,自由落體運(yùn)動(dòng)是一種最簡(jiǎn)單的加速運(yùn)動(dòng),在這個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化情況是怎樣的? 生:在自由落體運(yùn)動(dòng)中,物體在下落的過(guò)程中速度不斷增大,動(dòng)能是增加的;而隨著高度的減小,物體的重力勢(shì)能是減少的. 師:在豎直上拋運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,能量的轉(zhuǎn)化情況又是怎樣的? 生:豎直上拋運(yùn)動(dòng)可以分成兩個(gè)階段,一個(gè)是上升過(guò)程的減速階段,一個(gè)是下落過(guò)程的加速階段,下落過(guò)程的加速階段能量的變化過(guò)程和自由落體運(yùn)動(dòng)中能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程是一樣的,動(dòng)能增加,重力勢(shì)能減少,因?yàn)檫@個(gè)階段的運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)上就是自由落體運(yùn)動(dòng).在上升過(guò)程中,物體的動(dòng)能減少,重力勢(shì)能增加. 師:物體沿光滑斜面上滑,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到幾

5、個(gè)力,有幾個(gè)力做功,做功的情況又是怎么樣的? 生:在物體沿光滑的斜面上滑時(shí),物體受到兩個(gè)力的作用,其中包括物體受到的重力和斜面對(duì)它的支持力,這兩個(gè)力中重力對(duì)物體做負(fù)功,支持力的方向始終和物體運(yùn)動(dòng)方向垂直,所以支持力不做功. 師:在豎直上拋過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化情況是怎樣的? 生:在豎直上拋過(guò)程中,先是物體的動(dòng)能減少,重力勢(shì)能增加,然后是重力勢(shì)能減少,動(dòng)能增加. 師:我們下面再看這樣一個(gè)例子: (演示:如圖5.8—1,用細(xì)線、小球、帶有標(biāo)尺的鐵架臺(tái)等做實(shí)驗(yàn).把一個(gè)小球用細(xì)線懸掛起來(lái),把小球拉到一定高度的A點(diǎn),然后放開(kāi),小球在擺動(dòng)過(guò)程中,重力勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化. 我們

6、看到,小球可以擺到跟A點(diǎn)等高的C點(diǎn),如圖5.8—1甲.如果用尺子在某一點(diǎn)擋住細(xì)線,小球雖然不能擺到C點(diǎn),但擺到另一側(cè)時(shí),也能達(dá)到跟A點(diǎn)相同的高度,如圖5.8—1乙) 師:在這個(gè)小實(shí)驗(yàn)中,小球的受力情況如何?各個(gè)力的做功情況如何?這個(gè)小實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么問(wèn)題? 生:小球在擺動(dòng)過(guò)程中受重力和繩的拉力作用.拉力和速度方向總垂直,對(duì)小球不做功,只有重力對(duì)小球能做功. 實(shí)驗(yàn)證明,小球在擺動(dòng)過(guò)程中重力勢(shì)能和動(dòng)能在不斷轉(zhuǎn)化.在擺動(dòng)過(guò)程中,小球總能回到原來(lái)的高度.可見(jiàn),重力勢(shì)能和動(dòng)能的總和不變. 師:上面幾個(gè)例子都是說(shuō)明動(dòng)能和重力勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化,那么動(dòng)能和另外一個(gè)勢(shì)能——彈性勢(shì)能之間的關(guān)系又是什么

7、呢?我們看下面一個(gè)演示實(shí)驗(yàn). (實(shí)驗(yàn)演示,如圖5.8—2,水平方向的彈簧振于.用彈簧振子演示動(dòng)能和彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化) 師:在這個(gè)小實(shí)驗(yàn)中,小球的受力情況如何?各個(gè)力的做功情況如何?這個(gè)小實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么? (學(xué)生觀察演示實(shí)驗(yàn),思考問(wèn)題,選出代表發(fā)表見(jiàn)解) 生1:小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)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(duì)小球不做功;只有彈簧的彈力對(duì)小球能做功. 生2:實(shí)驗(yàn)證明,小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中彈性勢(shì)能和動(dòng)能在不斷轉(zhuǎn)化.小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中總能回到原來(lái)的位置,可見(jiàn),彈性勢(shì)能和動(dòng)能的總和應(yīng)該不變. 師:動(dòng)能和重力勢(shì)能的總和或者動(dòng)

8、能和彈性勢(shì)能的總和叫做什么能量? 生:動(dòng)能和重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的總和叫做機(jī)械能. 師:上述幾個(gè)例子中,系統(tǒng)的機(jī)械能的變化情況是怎樣的? 生:雖然動(dòng)能不斷地變化,勢(shì)能也不斷地變化,它們的變化應(yīng)該存在一個(gè)規(guī)律,即總的機(jī)械能是不變的. (課堂訓(xùn)練) 如圖5.8—3所示,桌面高為A,質(zhì)量為m的小球從離桌面高為H處自由落下,不計(jì)空氣阻力,假設(shè)桌面處的重力勢(shì)能為零,則小球落到地面前瞬間的機(jī)械能為…………………………………………( ) A.mgh B.mgH C.mg(H+h) D.mg(H—h) 解析:機(jī)械能是動(dòng)能和勢(shì)能的總和,因?yàn)檫x桌面為零勢(shì)舶面,所以開(kāi)始時(shí)

9、機(jī)械能為mgH,由于小球在下落過(guò)程中只受重力,所以小球在落地之前機(jī)械能守恒,即在下落過(guò)程中任意一個(gè)位置機(jī)械能都與開(kāi)始時(shí)機(jī)械能相等. 答案:B 師:剛才這些例子只是半定量地了解機(jī)械能內(nèi)部動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化情況,要想精確地解決這個(gè)問(wèn)題,還需要進(jìn)一步的研究.我們得到動(dòng)能和勢(shì)能之間可以相互轉(zhuǎn)化,那么在動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程中,動(dòng)能和勢(shì)能的和是否真的保持不變?下面我們就來(lái)定量討論這個(gè)問(wèn)題. 二、機(jī)械能守恒定律 師:我們來(lái)看這樣一個(gè)問(wèn)題: (投影課本23頁(yè)圖5.8—3的問(wèn)題,學(xué)生自主推導(dǎo)結(jié)論,老師巡視指導(dǎo),及時(shí)解決學(xué)生可能遇到的困難.投影學(xué)生的推導(dǎo)過(guò)程,和其他學(xué)生一起點(diǎn)評(píng))物體沿光滑曲面滑下,只

10、有重力對(duì)物體做功.用我們學(xué)過(guò)的動(dòng)能定理以及重力的功和重力勢(shì)能的關(guān)系,推導(dǎo)出物體在A處的機(jī)械能和B處的機(jī)械能相等. 師:這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該怎樣解決,結(jié)論是什么? 生:推導(dǎo)的結(jié)果為:Ek2 +EP2 =Ek1 + EP1,即E1= E2. 師:這個(gè)結(jié)論用文字?jǐn)⑹鰬?yīng)該是什么? 生:動(dòng)能和重力勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化,而總的機(jī)械能保持不變. 師:這個(gè)結(jié)論的前提是什么? 生:這個(gè)結(jié)論的前提是在只有重力做功的物體系統(tǒng)內(nèi). 師:除了這樣一個(gè)條件之外,在只有彈力做功的系統(tǒng)內(nèi),動(dòng)能和彈性勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化,而總的機(jī)械能不變. 師(得出結(jié)論):在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi),動(dòng)能和彈性勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化,總的機(jī)械

11、能也保持不變,這就是機(jī)械能守恒定律.為了熟悉機(jī)械能守恒定律的解題步驟,我們看下面的例題. (投影展示課本23頁(yè)例題,學(xué)生嘗試獨(dú)立解決這個(gè)問(wèn)題,在解決問(wèn)題中體會(huì)用機(jī)械能守恒定律解決問(wèn)題的一般步驟) 把一個(gè)小球用細(xì)線懸掛起來(lái),就成為一個(gè)擺,擺長(zhǎng)為L(zhǎng),最大傾角為θ.小球到達(dá)最底端的速度是多大? 師:這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該怎樣分析? 生:和剛才舉的例子一樣,小球在擺動(dòng)過(guò)程中受到重力和細(xì)線的拉力.細(xì)線的拉力與小球的運(yùn)動(dòng)方向垂直,不做功,所以整個(gè)過(guò)程中只有重力做功,機(jī)械能守恒.小球在最高點(diǎn)只有重力勢(shì)能,沒(méi)有動(dòng)能,計(jì)算小球在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的重力勢(shì)能的差值,根據(jù)機(jī)械能守恒定律就能得到它在最低點(diǎn)的動(dòng)能,從而計(jì)算出

12、在最低點(diǎn)的速度. 師:具體的解答過(guò)程是什么? 師:通過(guò)這個(gè)題目的解答,你能夠得到什么啟發(fā)呢? 生1:機(jī)械能守恒定律不涉及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度和時(shí)間,用它來(lái)處理問(wèn)題要比牛頓定律方便. 生2:用機(jī)械能守恒定律解題,必須明確初末狀態(tài)機(jī)械能,要分析機(jī)械能守恒的條件. 師:下面大家總結(jié)一下用機(jī)械能守恒定律解決問(wèn)題的一般步驟. (投影學(xué)生總結(jié)的用機(jī)械能守恒定律解題的一般步驟,組織學(xué)生討論完善這個(gè)問(wèn)題,形成共同的看法)(參考解題步驟) 生:可以分為以下幾步進(jìn)行: 1.選取研究對(duì)象——系統(tǒng)或物體. 2.根據(jù)研究對(duì)象所經(jīng)歷的物理過(guò)程.進(jìn)行受力、做功分析,判斷機(jī)械能是否守恒. 3.恰當(dāng)?shù)剡x

13、取參考平面,確定研究對(duì)象在過(guò)程的初末狀態(tài)時(shí)的機(jī)械能. 4.根據(jù)機(jī)械能守恒定律列方程,進(jìn)行求解. 師:它和動(dòng)能定理解題的相同點(diǎn)是什么呢? 生:這兩個(gè)定理都可以解決變力做功問(wèn)題和運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線的問(wèn)題.它們都關(guān)心物體初末狀態(tài)的物理量. 師:用動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律解題的不同點(diǎn)是什么? 生:機(jī)械能守恒定律需要先判斷機(jī)械能是不是守恒,而應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí)要求要比機(jī)械能守恒定律條件要寬松得多.應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問(wèn)題首先要規(guī)定零勢(shì)能面,而用動(dòng)能定理解決問(wèn)題則不需要這一步. 師:剛才同學(xué)們分析得都很好,機(jī)械能守恒定律是一個(gè)非常重要的定律,大家一定要熟練掌握它. (四)實(shí)例探究 ☆

14、對(duì)機(jī)械能守恒定律條件的理解 [例1]如圖所示,下列四個(gè)選項(xiàng)的圖中,木塊均在固定的斜面上運(yùn)動(dòng),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(yùn)動(dòng),圖C中的木塊向上運(yùn)動(dòng)。在這四個(gè)圖所示的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒的是 解析:機(jī)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(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中,物體的機(jī)械能守恒。依照此條件分析,ABD三項(xiàng)均錯(cuò)。 答案:C ☆ 對(duì)機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用 [例2]長(zhǎng)為L(zhǎng)的均勻鏈條,放在光滑的水平桌面上,且使其長(zhǎng)度的1/4垂在桌邊,如圖

15、 所示,松手后鏈條從靜止開(kāi)始沿桌邊下滑,則鏈條滑至剛剛離開(kāi)桌邊時(shí)的速度大小為多大? 解析:鏈條下滑時(shí),因桌面光滑,沒(méi)有摩擦力做功。整根鏈條總的機(jī)械能守恒,可用機(jī)械能守恒定律求解。設(shè)整根鏈條質(zhì)量為m,則單位長(zhǎng)度質(zhì)量(質(zhì)量線密度)為m/L 設(shè)桌面重力勢(shì)能為零,由機(jī)械能守恒定律得 解得 點(diǎn)撥:求解這類題目時(shí),一是注意零勢(shì)點(diǎn)的選取,應(yīng)盡可能使表達(dá)式簡(jiǎn)化,該題如選鏈條全部滑下時(shí)的最低點(diǎn)為零勢(shì)能點(diǎn),則初始勢(shì)能就比較麻煩。二是靈活選取各部分的重心,該題最開(kāi)始時(shí)的勢(shì)能應(yīng)取兩部分(桌面上和桌面下)勢(shì)能總和,整根鏈條的總重心便不好確定,最后剛好滑出桌面時(shí)的勢(shì)能就沒(méi)有必要再分

16、,可對(duì)整根鏈條求出重力勢(shì)能。 [小結(jié)] 繼動(dòng)能定理以后,我們緊接著又開(kāi)始學(xué)習(xí)用能量方法解決問(wèn)題的另外一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn),在這一節(jié)的教學(xué)中,首先讓學(xué)生能夠從各種不同的例子中體會(huì)能量之間可以相互轉(zhuǎn)化,而機(jī)械能內(nèi)部的動(dòng)能和重力勢(shì)能以及彈性勢(shì)能之間當(dāng)然可以相互轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化的條件是相應(yīng)的重力做功或者彈力做功.在教學(xué)中可以利用例題讓學(xué)生自己總結(jié)用機(jī)械能守恒定律解決問(wèn)題的一般步驟,由于是學(xué)生自己推導(dǎo)出來(lái)的,所以記憶當(dāng)然深刻.在教學(xué)中對(duì)學(xué)有余力的同學(xué)可以安排較難的題目供他們選擇,也可以讓他們分別用動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律解決同樣一個(gè)問(wèn)題,以便比較這兩種方法的相同點(diǎn)和不同點(diǎn). 學(xué) 生 活 動(dòng)

17、 作 業(yè) [布置作業(yè)] 課本25頁(yè)“問(wèn)題與練習(xí)”中1~5題. 板 書(shū) 設(shè) 計(jì) 5.8 機(jī)械能守恒定律 一、動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化 1.動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化. 2.動(dòng)能和彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化. 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)能能夠相互轉(zhuǎn)化,而總的機(jī)械能保持不變. 2.應(yīng)用:應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的步驟. 教 學(xué) 后 記

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