机械能守恒定律
一、教材分析:
本节课是高中物理的重要内容,也是近年来高考的热点。机械能守恒定律的探究建
立在以往所学知识的基础上,而机械能守恒定律又是普遍的能量守恒定律的一种特殊情
况,守恒定律在物理学理论和应用方面十分重要,不同运动形式的转化和守恒的思想能
指引我们揭露自然规律、取得丰硕成果.物质运动的转化是普遍的,守恒反映了运动转
化间的关系,没有转化就不会有守恒.教学过程回顾已学知识,通过几个具体实例,先
明确动能和势能的相互转化的关系,引出对机械能守恒定律及守恒条件的理论探究,联
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系重力势能和重力做功及弹性势能与弹力做功的关系的学习,由定性分析到定量计算,
逐步深入,最后得出结论,并通过应用使学生领会定律在解决实际问题时的优越性。学
生在此前已经历了探究守恒量,重力势能的概念和弹性势能的表达式的学习,知道机械
能的概念,了解力做功过程也是能量从一种形式转化为另一种形式的过程,这些知识是
本节内容学习的基础。
在教学设计时,力图通过生活实例,展示相关情景,激发学生的求知欲,引出对机
械能守恒定律的探究,体现“从生活走向物理”的理念。通过建立物理模型,由浅入深进
行探究,让学生领会科学的研究方法,并通过规律应用巩固知识,初步掌握运用能量转
化和守恒来解释物理现象及分析问题的方法,体会科学探究中的守恒思想,体会物理规
律对生活实践的作用,领悟机械能守恒规律解决问题的优点,形成科学价值观。
二、学生分析:
本节课是面向一个基础薄弱、分析及解决问题的能力较弱的高中生。但通过前几节
内容的学习,学生已经知道了重力做功会引起重力势能的变化,弹簧的弹力做功将使弹
性势能发生变化,合外力的功将引起物体动能的变化。使学生看到曾在初中阶段学过的
一些定性的东西逐渐找到了定量方面的联系,对功能关系的认识加深了,也萌发了继续
探究的兴趣。那么,在动能,重力势能和弹性势能都参与转化的过程中,情况又将如何
呢?这是学生急待解决的问题,机械能守恒定律的建立已经到了“水到渠成”的时候了。三、教学目标:
1、知识与能力目标:知道什么是机械能,理解物体的动能和势能可以相互转化;理解机
械能守恒定律的内容和适用条件;会判定具体问题中机械能是否守恒,能运用机械能守
恒定律分析实际问题。
2、过程与方法目标: 学习从物理现象分析、推导机械能守恒定律及适用条件的研究方
法;初步掌握运用能量转化和守恒来解释物理现象及分析问题的方法。
3、情感、态度与价值观目标:体会科学探究中的守恒思想,养成探究自然规律的科学态
度,领悟机械能守恒规律解决问题的优点,形成科学价值观。
四、教学重、难点:
1、教学重点:机械能守恒定律的推导与建立,以及机械能守恒定律含义的理解;机械能
守恒定律的条件和机械能守恒定律的实际应用。
2、教学难点:机械能守恒的条件及对机械能守恒定律的理解;能正确分析物体系统内所
具有的机械能,判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。
五、教学课时:一课时
六、教学用具:
小球、细线、铁架台等实验用具,黑板、多媒体
七、教学方法:
实验探究法、推理演绎法、分析归纳法,任务教学法
八、教学内容:
Ⅰ、知识回顾:
引导学生思考以下问题:
思考1:动能定理的内容和表达式分别是什么?
思考2:什么是机械能?
思考3:重力、弹力做功与势能的变化存在什么样的关系呢?
教师活动:
1、动能定理:合外力做的功等于物体动能的变化,即:W合=△E k
2、动能和势能(包括重力势能和弹性势能),统称为机械能,即:W=Ek+Eg+Ep。
3、Wg=-△Eg,Wp=-△Ep
4、动能和势能可以相互转化,但它们之间存在怎样的关系呢?
Ⅱ、新课导入
1、演示实验:
如图所示,用细线、小球、铁架台等做实验。
把一个小球用细线悬挂起来,把小球拉到一定高度的点,然后放开,小球在摆
动过程中,重力势能和动能相互转化。我们看到,小球可以摆到跟点等高的
点,如图甲。
如果用尺子在某一点挡住细线,小球虽然不能摆到点,但摆到另一侧时,也能
达到跟点相同的高度,如图乙。
老师引导学生思考问题并大胆做出猜测:
(1)小球在摆动的过程中,能量是怎样变化的?
(2)在此过程中,忽略阻力,当只有重力做功时,苹果的机械能总量怎样变化?
2、多媒体播放flash动画和图片
flash动画:片段1:奥运会跳水项目田亮夺冠视频
片段2:蹦极运动视频
图片:
甲 乙 丙 丁
观看动画和图片,老师引导学生思考以下问题:
它们分别包含哪些功和能得现象?这些功和能分别有哪些变化?
教师活动:
从上面小球单摆实验以及播放的动画、图片中,我们可以总结出动能、重力势能及
弹性势能之间可以相互转化,但它们的总和,即机械能保持不变。这就是本节课的主要
内容。
Ⅲ、重点归纳
1、机械能守恒定律:
在只有重力和弹力做功的物体系统内,物体的动能和势能可以相互转化,物体机械能总
量保持不变。
2、机械能守恒定律表达式:
⑴初状态的机械能E1等于末状态的机械能E2。即:E2=E1或Ek1+Ep1= Ek2+Ep2。
⑵减少(或增加)的势能△Ep等于增加(或减少)的总动能△Ek。即:△EP=-△Ek。
⑶若系统内有A、B两个物体,则A减少的机械能△EA等于B增加的机械能△EB。即:△EA=-
△EB。
3、机械能守恒定律的条件:
⑴只受重力或系统内弹力。
⑵除重力或系统内弹力外,还受其它力,但其它力不做功。
⑶除重力和系统内弹力做功外,还有其它力做功,但其它力所做功的代数和为零。
师生互动:老师问学生对以上知识点有什么疑问,老师并作出详细回答。
Ⅳ、知识运用
1、下列物体的运动过程中,机械能守恒的有(B C)
A、沿斜面匀速下滑
B、竖直上抛运动
C、小球以一定的初速度冲上光滑的斜面
D、用细绳拉着物体竖直向上作匀加速直线运动
E、物体以5m/s2的加速度向下作匀加速直线运动
2、把一个小球用细线悬挂起来,就成为一个单摆(如图所示),摆长为l,最大偏角为θ
,如果阻力可以忽略,小球运动到最低位置时的速度是多大?
引导学生思考分析,提出问题:
1、小球在运动过程中,受到哪些力的作用?
2、小球运动过程中,是否满足机械能守恒的条件?如何应用机械能守恒定律解决问题?3、归纳学生分析的结果,明确:在阻力可以忽略的情况下,细线的拉力与小球的运动方
向垂直,不做功,所以这个过程中只有重力做功,机械能守恒。应用机械能守恒定律时
,应明确所选的运动过程,明确初末状态小球所具有的机械能。
解:把最低点的重力势能定为0,以小球在最高点的状态为初状态。
在最高点的重力势能是Ep2=mg(l-lcosθ),而动能为0,即E看=0.
以小球在最低点的状态作为末状态,势能Ep2=0,而动能Ek2=mv2/2。
运动过程中只有重力做功,所以机械能守恒,有Ek2+Ep2=Ek2+Ep2
把各个状态下动能、势能的表达式代入,得
mv2/2=>>收起