《机械能守恒定律》教案

-1-机械能守恒定律洛宁县第一高级中学韦淑平一、教学目标:1、知识与技能（1）知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化；（2）掌握机械能守恒定律的内容及得出过程；（3）会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决有关问题，并领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性。2、过程与方法（1）学会在具体的问题中判定物体的机械能是否守恒；（2）初步学会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象，分析物理问题。3、情感、态度与价值观通过机械能守恒定律的教学，使学生树立科学的观点，理解和运用自然界客观存在的规律，来解决生活中的实际问题。二、教学重点：（1）掌握机械能守恒定律的内容及其条件。（2）能在具体问题中判断机械能是否守恒，并能运用机械能守恒定律解决问题。三、教学难点：从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件；能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。四、教学方法：演绎推理法、分析归纳法、交流讨论法、探究式教学法。五、教学工具：多媒体课件、细线、小球、带标尺的铁架台、弹簧振子。六、教学过程设计：（一）引入新课1、思考提问：（1）、前几节我们学习了哪几种形式的能？各怎么表示？-2-（2）、动能定理的内容是什么？（3）、重力做功和重力势能变化的关系是什么？2、机械能（1）、概念：动能、重力势能和弹性势能统称机械能，某状态的机械能等于动能与势能之和。（2）、表达式：KPEEE这些不同形式的能是可以相互转化的，那么在相互转化的过程中，他们的总量是否发生变化？这节课我们就来探究这方面的问题。（二）新课教学1、动能与势能的相互转化（1）创设情景：列举生活中的实例（多媒体放课件），让学生试着分析在不考虑阻力的情况下，下面几种情况动能和势能是怎么转化的？猜想动能和势能的总和有何特点？【学生活动】学生看完每一副动画后，相互讨论，然后由学生代表发言，阐述各自的观点【教师点评】上面几种情况都是动能和势能相互转化，如果在不考虑阻力的情况下，动能和势能的总和保持不变。（2）演示实验1：如图，用细线、小球、带有标尺的铁架台等做实验。把一个小球用细线悬挂起来，把小球拉到一定高度的A点，然后放开，小球在摆动过程中，记住它向右能够达到的最大高度C点。如果用尺子在某一点P挡住细线，看一看这种情况下小球所能达到的最大高度B点。观察实验现象，回答下面问题：①、第一次小球向右能够达到的最大高度C点与A点的高度有何关系？如果用尺子在P点挡住细线，这种情况下小球所能达到的最大高度B点和A点的高度又有何关系？②、分析小球从A点到最低点O以及从最低点O到C点（或B点）的运动过程动能和重力AAAC甲乙BPAAOPB-3-势能怎样转化？这个小实验说明了什么？【学生活动】观察演示实验，思考问题，并选出学生代表发表见解。①、第一次小球向右能够达到的最大高度C点与A点的高度相同，如果用尺子在P点挡住细线，这种情况下小球虽然不能到达C点，但达到的最大高度B点与A点的高度相同。②、小球从A点到最低点O的运动过程中，重力势能减少，动能增加；从最低点O到B点的运动过程中，动能减少，重力势能增加。这个实验说明重力势能和动能的总和应该保持不变。【教师点评】实验证明，小球在摆动过程中重力势能和动能在不断转化。在摆动过程中，小球总能回到原来的高度。可见，重力势能和动能的总和保持不变，即机械能保持不变。（3）演示实验2：如图，水平方向的弹簧振子，振子静止时在C点，把振子压到A点放手后，用弹簧振子演示动能和弹性势能的相互转化。观察实验现象，回答下面问题：①、每次小球是否都能回到A点？②、小球从A点到C点以及从C点到B点的运动过程中，动能和弹性势能是怎样转化的？这个小实验说明了什么？【学生活动】观察演示实验，思考并回答问题。①、小球在往复运动过程中，每次小球都能回到A点.②、小球从A点到C点的运动过程中，弹性势能减少，动能增加；从C点到B点的运动过程中，弹性势能增加，动能减少。这个实验说明弹性势能和动能的总和应该保持不变。【教师点评】小球在往复运动过程中弹性势能和动能在不断转化。小球在往复运动过程中总能回到原来的位置A点，可见，弹性势能和动能的总和保持不变，即机械能保持不变。通过上述分析，我们得到动能和势能之间可以相互转化，那么在动能和势能的转化过程中，动能和势能的总和是否真的保持不变？下面我们就来定量讨论这个问题。NABCGF-4-2、探究动能与势能转化规律（1）创设情境（用多媒体放课件）如图，一个质量为m的小球做自由落体运动或做平抛运动或做竖直上抛运动，经过某高度为h１的A点时速度为v１，到某高度为h2的B点时速度为v2，试分析在运动过程中小球受什么力？哪些力做功？并写出小球在A点时的机械能EA和在B点时的机械能EB，由动能定理、重力做功与重力势能变化的关系探究EA和EB的关系。（为学生创设问题情境，引导学生运用所学知识独立推导出机械能守恒定律。让学生亲历知识的获得过程）【学生活动】学生根据教师的引导，在练习本上进行推导，推完后相互交流意见。教师巡视指导，及时解决学生可能遇到的困难。（2）分析推理教师和学生一起一步一步分析推导过程，用多媒体出示出来，让学生和自己的推导过程进行对比。A点机械能：21112AKAPAEEEmvmghB点机械能：22212BKBPBEEEmvmgh由动能定理得：21222121mvmvWG由重力做功与重力势能变化的关系得：12GWmghmgh由以上两式可以得到2222111122mvmghmvmgh即KBPBKAPAEEEE即BAEE【教师总结】在只有重力做功的物体系统内，物体的动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。同样可以证明：在只有弹力做功的物体系统内，动能和弹性势能可以相Ov0BAhh22hh11-5-互转化，总的机械能也保持不变。【思考与讨论】上面三个例子小球都仅受重力，假如物体除了受重力外，还受其它力,而其它力不做功，机械能是否守恒?例如：（投影）质量为m的物体从光滑斜面上滑下的过程中，小球的机械能是否守恒？【讨论与交流】学生前后四人一组，分组讨论，讨论后选取代表发表各自的意见，进行交流。【教师点评】根据学生的意见，教师帮助学生总结机械能守恒定律的条件是不论物体受几个力，只要只有重力（或弹力）做功，物体的机械能就守恒。3、机械能守恒定律（1）内容:在只有重力（或弹力）做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。（2）对象：相互作用的物体系统内（3）表达式:①2211KPKPEEEE即21EE②2222111122mvmghmvmgh③PKEE减增（4）条件：只有重力（或弹力）做功的物体系统内【教师点评】对机械能守恒定律条件的理解：（1）、只受重力或弹力；（2）、除受重力或弹力外，还受其它力，但其它力不做功或其它力所做功代数和为零例题:（多媒体出示）把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆，摆长为l，最大偏角为θ。小球运动到最低位置时的速度是多大？试分析：1、小球受哪些力的作用？2、哪些力对小球做功？小球的机械能是否守恒？若守恒，选最低点O为零势能面，OBAθlGFTOBAGFNhh11hh22-6-则A点的机械能和O点的机械能如何表示？由机械能守恒定律如何列方程求解？【学生活动】学生先独立思考，然后在练习本上做题。教师巡视指导，及时解决学生可能遇到的困难和问题。（学生做完后，教师用多媒体投影正确的解题过程，并讲解做题的技巧和注意事项）解题过程：解：选择小球在最低位置时所在的水平面为参考平面。小球在最高点时为初状态初状态的动能：10KE初状态的重力势能：1cosPEmgll初状态的机械能：11cosKPEEmgll小球在最低点时为末状态末状态的动能：2212KEmv末状态的重力势能：20PE末状态的机械能：22212KPEEmv根据机械能守恒定律得：2211pkpk即)cos1(221mglmv所以21cosglv【教师点评】用机械能守恒定律解题时，先选取研究对象，再根据机械能守恒的条件判断运动过程中机械能是否守恒，若守恒，最后由机械能守恒定律列方程求解。【思考与讨论】你能不能直接用牛顿第二定律和运动学的公式来处理这个问题？（学生分组讨论后，由学生代表发言）【教师点评】应用机械能守恒定律解题的优点：机械能守恒定律不涉及运动过程中的加速度和时间，用它来处理问题要比牛顿运动定律方便；应用机械能守恒定律解决问题，只需考虑运动的始、末状态，不必考虑两个状态之间过程的细节。如果直接用牛顿运动定律解决问题，往往要分析过程中各个力的作用，而这些力往往又是变化的，因此一些难以用牛顿运动定律解决的问题，应用机械能守恒定律则易于解决。-7-4、机械能守恒定律解题的一般步骤：（师生共同总结）（1）、根据题意选取研究对象（2）、明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒。（3）、恰当地选取零势能面，确定研究对象在过程中的始态或末态的机械能。（4）、根据机械能守恒定律的不同表达式列方程求解。说一说:（（放放多多媒媒体体课课件件））下列实例中哪些情况机械能是守恒的(1)跳伞员用降落伞在空中匀速下落（答案：不守恒）(2)抛出的篮球在空中运动（不计阻力）（答案：守恒）(3)光滑水平面上运动的小球，把弹簧压缩后又被弹回来。（答案：守恒）(4)用绳拉着一个物体沿着光滑的斜面匀速上升。（答案：不守恒）【学生活动】选几个学生起来回答上面的问题，并说明为什么？【教师点评】判断机械能是否守恒，关键看系统是否只有重力（或弹力）做功。5、课堂练习：（1）、下列几种情况中，机械能一定守恒的是：（答案：BC）A.做匀速直线（F合=0）运动的物体B.水平抛出的物体（不计空气阻力）C.固定光滑曲面上运动的物体。D.物体以0.8g的加速度竖直向上做匀减速运动（2）、下列关于物体机械能守恒的说法中，正确的是：（答案：C）A.做匀速直线运动的物体机械能一定守恒B.合外力对物体不做功，物体的机械能一定守恒C.物体只发生动能与势能的相互转化时，物体的机械能守恒D.运动的物体，若受合外力为零，则其机械能一定守恒E.做匀变速运动的物体的机械能不可能守恒v-8-（3）、一小球从高1m，长2m光滑斜面顶端滑下。不计空气阻力，求物体滑到斜面底端速度的大小？210gms(答案：25ms)6、知识小结：机械能守恒定律：（1）内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。（2）对象：相互作用的物体系统内（3）表达式：①2211KPKPEEEE即21EE②2222111122mvmghmvmgh③PKEE减增（4）条件：只有重力（或弹力）做功机械能守恒定律解题的一般步骤：（1）、根据题意选取研究对象（2）、明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒。（3）、恰当地选取零势能面，确定研究对象在过程中的始态或末态的机械能。（4）、根据机械能守恒定律的不同表达式列方程求解。七、板书设计：机械能守恒定律：（1）内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。（2）对象：相互作用的物体系统内（3）表达式：①2211KPKPEEEE即21EE-9-②2222111122mvmghmvmgh③PKEE减增（4）条件：只有重力（或弹力）做功机械能守恒定律解题的一般步骤：（1）、根据题意选取研究对象（2）、明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒。（3）、恰当地选取零势能面，确定研究对象在过程中的始态或末态的机械能。（4）、根据机械能守恒定律的不同表达式列方程求解。八、作业布置:课本72页第2、3、4题