机械能守恒定律教案

机械能守恒定律 机械能守恒定律教案 【教学目标】 知识目标: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、理解机械能守恒定律的内容。 3、在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式。 能力目标: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，问题。 德育目标:通过能量守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问 题。 【教学重点】 1、理解机械能守恒定律的内容。 2、在具体问题中能判定机械能是否守恒，并能列出定律的数学表达式。 【教学难点】 1、从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件。 2、能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。 【教学媒体】 电脑多媒体 【教学方法】 启发式、诱导式、探究式。 【教学过程】 一、复习提问 ?本章中我们学习了哪几种形式的能,它们各是如何定义的,它们的大小各由什么决定, ?动能定理的内容和表达式是什么, ?重力所做的功与物体重力势能的变化之间有什么关系, 学生回答: ?本章我们学习了以下几种能:动能、重力势能、弹性势能。 ?动能定理的内容是:物体所受合外力所做的功等于物体动能的改变，即: ?重力所做的功和物体重力势能之间变化的关系为: 重力做正功时，重力势能减少，且减少的重力势能等于重力做的功(相反，重力做负功，重力势能增加，增加的重力势能等于克服重力所做的功。 教师总结: ?同学们要注意动能定理中动能的变化量是末动能减去初动能，而重力做功与重力势能改变之间关系式中初位置的重力势能与末位置重力势能的差。 ?引入:动能、重力势能、弹性势能属于力学范畴，统称为机械能，本节课我们就来研究有关机械能的问题。 二、课题引入(情景引入) (利用二个实验情景导入课题)请同学们根据题目提供的情景，描述它们的动能、势 能是如何变化和转化的,以及力对物体做功的情况, (分别找二位同学，并注意给学生留出思考的时间) (1)弹性小球自由下落，接触地面后又向上弹起。 (2)一被拉伸轻弹簧一端固定，另一端系一小球在光滑水平面上由静止释放， 在弹簧恢复原长的过程中。 根据实验情景分析完成下表: 实验1 运动情况 下落 上升 动能变化情 况 势能变化情 况 能量转化情 况 力做功情况 实验2 能量转化情 况 力做功情况 师:从以上几个问题的分析可以看出，在只有重力做功或弹力做功时，动能和势能相互 转化，在变化中有什么规律,猜想一下两者之间存在着什么样的数量关系,如果我们定义 (板书)运动中任一时刻，动能和重力势能之和叫物体具有的机械能，那么物体各个时刻的 机械能总量又会是什么关系, (说明:建立具体情景，学生有了思维的依托，在此基础上，进行知识的正向迁移，并为学生的猜想提供了依据，激励起学生的学习兴趣和强烈求知欲(教师总结猜想情况) 三、讲授新课 (一)机械能守恒定律的推导: 1、用多媒体出示两道思考题: 思考题 一: 如图1所示，一个质量为m的物体自由下落，经过高度为h的A点时速度为v，下落到高度h112为的B点时速度为v，试写出物体在A点时的机械能和在B点时的机械能，并对这二点机械能之间2 的数量关系进行探究。 思考题二: 如图2所示，一个质量为m的物体做平抛运动，经过高度为h的A点时速度为v，经过高度为11h的B点时速度为v，试写出物体在A点时的机械能和在B点时的机械能，并对这二点机械能之间22 的数量关系进行探究。 2、把学生分为二小组，一组做思考题一，另一组做思考题二，并进行小组赛。 3、教师对首先做完的小组进行激励评价，并抽有代表性的解答进行现场评点。 机械能守恒定律的推导过程: 解:A点的机械能等于 B点的机械能等于 由于物体做自由落体运动和平抛运动，都是只受重力作用，且重力做正功，据动能定理得: 又据重力做功与重力势能的关系得到: ? ? ? ? (可以设计成给基础较差的同学适当的提示) 始、未状态机械能(以地面作为零势A处机械能表达式 B处机械能表达式 能参考面) E, E, AB 据动能定理得A到B过程重力做功: W, G 由重力做功与重力势能改变的关系W, G 得: 由上述两式得到: ? A、B两处机械能的关系: ? 结 论 学生讨论:上述两个表达式??说明了什么, 讨论后学生回答。 学生甲:在表达式?中等号左边是物体动能的增加量，等号右边是物体重力势能减少量，该表达式说明:物体在下落过程中，重力做了多少正功，物体的重力势能就减小多少，同时物体的动能就增加多少。 学生乙:对于表达式?，等号左边是物体在末位置时的机械能，等号右边是物体在初位置时的机械能，该式表示:动能和势能之和，即总的机械能保持不变。 师总结:同学们对上述两个表达式的含义理解得很好，我们分别用E和E表示物体的初动能K1K2和末动能，用E和E分别表示物体在初位置的重力势能和末位置的重力势能，则得到:P1P2 E+E=E+E，也就是初位置的机械能等于末位置的机械能，即机械能是守恒的。 K1P1K2P2 (二)机械能守恒的条件: 师:上边我们通过推导得到了机械能是守恒的这一结论，下边同学们思考: ?在推导中，我们是以物体做自由落体和做平抛运动为例进行的，请问:上述二种运动有什么相同和不同之处, 生:相同点是在上述两种运动中物体只受重力作用;不同之处是物体运动的路线不同，自由落体运动是直线运动，而平抛运动是曲线运动。 ?从上述两种运动中，你能猜想一下:机械能在什么情况下守恒, 生:物体只受重力作用。 学生还可能答:物体在运动中，只有重力做功，针对上述两种答案，师生评析后总结。 教师总结: 通过上述分析，我们得到:在只有重力做功的情况下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变，这个结论叫机械能守恒定律。 板书:机械能守恒定律 ?条件:只有重力做功。 ?结论:机械能的总量保持不变。 补充讨论:(多媒体展示讨论题目) 师:所谓的只有重力做功与物体只受重力有什么不同。 学生:所谓的只有重力做功，包括两种情况: 第一种情况:物体只受重力，不受其他的力。 第二种情况:物体除重力外还受其他的力，但其他力不做功。 而物体只受重力仅包括一种情形。 师:放开被压缩的弹簧，可以把跟它接触的小球弹出去，在这个过程中，能量是如何转化的,类比地，你能得到在这个过程中机械能守恒的条件吗, 学生答:在小球被弹簧弹出的过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的动能。 类比得到:如果有弹力做功，动能和弹性势能之和保持不变，即机械能守恒。 师:所谓只有弹力做功，包括哪几种情况, 学生:包括以下两种情况: 第一种情况:物体只受弹力作用，不受其他的力; 第二种情况:物体除受弹力外还受其他的力，但其他的力不做功。 【演示实验】 上边我们通过推导得到了在只有重力或弹力做功的条件下，物体的机械能守恒，下边我们来做一个实验: ?介绍实验装置如图所示: CC A A ?做法: ' a、把球拉到A点，然后放开，观察小球摆动到右侧时的位置和位置A间的关系。 b、把球同样拉到A点，在O点用尺子挡一下观察小球摆动到右侧时的位置，并比较该位置和 释放点A之间的关系。 ?通过观察到的现象，分析后你得到什么结论, 学生总结现象 学生甲:在做法a中，小球可以摆到跟释放点A高度相同的C点;在做法b中，小球仍可以到达跟释放点A高度相同的C'点。 学生乙:在做法a中，小球可以摆到跟释放点A高度几乎相同的C点，在做法b中，小球可以到达跟释放点A点高度几乎相同的C'点。 针对上述结论展开讨论后得到:如果不考虑阻力作用，即物体只受到重力作用时，学生甲的结论正确;如果考虑空气阻力作用，学生乙的结论正确。 教师总结:在本实验中，我们对空气的阻力一般不考虑，因为阻力太小，对结果影响不大。 得到结论:物体在不受任何介质阻力，只有重力做功(只发生重力势能与动能的转化)或只有系统内部的弹力做功(只发生弹性势能与动能的转化)时,系统的机械能守恒。 【例题】 (出示如图3所示的投影片) 如图所示，把一块质量是3.0kg的石头，从20m高处的山崖上以30?角、5.0m ,s的速度朝斜上方抛出(求石头落地时速度的大小((空气阻力不计) 师:石头从抛出到落地机械能是否守恒, 生:守恒(因为只受重力( 师:对于不同的抛体运动在不考虑空气阻力时，都是只有重力做功，机械能守恒(如何 写出表达式, 生: 得: 师:本题中石头落地时速度的大小与哪些量有关系，与哪些量无关系,为什么, 生:与石块抛出时的高度及抛出的速度有关，由于机械能守恒，表达式决定了落地速度大小与 质量无关，机械能是标量，所以也与抛射角无关。 【板书与小结】 机械能守恒定律 1、动能和势能统称为机械能。 2、机械能守恒定律: ?在只有重力做功的条件下，物体的动能和重力势能相互转化，但机械能的总量保持不变。 ?在只有弹力做功的条件下，物体的动能和弹性势能相互转化，但机械能的总量保持不变。 表达式: 四、课堂反馈练习 1、P130 (1)题 2、一个物体从地面竖直上抛，不计空气阻力，上升的最大高度为h(若上升到高度为h,2，则其速度大小为:( ) gh( B. gh,2( C.( D.( A. 3、一个人站在阳台上，以相同的速率v分别把三个球竖直向下抛出、竖直向上抛出、水平抛出，不0 计空气阻力，则三球落地时的速率: ( ) A(上抛最大 B(下抛最大 C(平抛最大 D(三球一样大 五、布置作业 1、课本第130页第(2)题( 2、某人以速度v,4m,s，将质量为m的小球抛出(小球落地时的速度为8m,s，求小球刚被抛0 2出时的高度((g,10m,s) 六、课外提高(供有能力的同学先进行探究) 1(如图8,52所示，轻弹簧k一端与墙相连，质量为4kg的木块沿光滑的水平面以5m,s的速度运动并压缩弹簧k，则弹簧在被压缩过程中最大的弹性势能及木块的速度减为3m,s时，弹簧的弹性势能分别为_________;_________( 2(如图8,53所示，ABCD为固定在竖直面内的槽形轨道(其中BCD段为1,2圆周轨道，其半径为r=l.15m，B、D两点与圆心O等高(一质量为m=1.0kg的质点从A点由静止开始下滑，经B点时的 s，经D点时的速度大小为4m,s，从D点飞离轨道后被接住，则质点经过轨道最速度大小为6m, 2低点C时的速度大小为__________m,s((g取10m,s) 3(如图8,54所示，半径为R的半圆形光滑轨道固定在水平地面上(A与B两点在同一竖直线上(质 量为m的小球以某一速度自A点进入轨道，它经过最高点后飞出，最后落在水平地面上的C点(现 已测出AC=2R(则小球自A点进入轨道时的速度为__________(