4.2研究机械能守恒定律教案沪科版必修2

4.2 研究机械能守恒定律
课标要求
理解机械能守恒定律，用机械能守恒定律分析生产和生活中的有关问题。
三维目标
（一）知识技能
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、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。
（二）过程方法
1、学会在具体的问题中判这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，分析问题。
（三）情感态度价值观
1、通过在几种不同运动的研究基础建立机械能守恒定律的过程，增强严谨的科学态度。
2、通过自主推导、实验验证机械能守恒的过程，激发学习的积极性、能动性。
3、在运用机械能守恒定律解决实际问题的过程中，体验学有所得的快乐，并感悟物理与社会生活的紧密联系。
教材分析
械能守恒定律是能量守恒定律的一个特例，要使学生对定律的得出、含义、适用条件有一个明确的认识，这是能够用该定律解决力学问题的基础。
本节知识点包括：机械能守恒定律的推导；机械能守恒定律的含义和适用条件。
机械能守恒定律是本章教学的重点内容，本节教学的重点是使学生掌握物体系统机械能守恒的条件；能够正确分析物体系统所具有的机械能； 分析物体系统所具有的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能，是本节学习的难点之一。在教学中应让学生认识到，物体重力势能大小与所选取的参考平面（零势面）有关；而重力势能的变化量是与所选取的参考平面无关的。在讨论物体系统的机械能时，应先确定参考平面。
学情分析
学生已经在初中学习过有关机械能的基本概念，对“机械能”并不算陌生，接受起来相对轻松。通过前几节内容的学习，同学们对“机械能”这一概念较初中有了更深认识，在此基础上学习机械能守恒定律学生比较容易理解。
教学重难点
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。
难点：1、得出机械能守恒定律得探究过程。
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。
提炼的课题
正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒
教学手段运用
教学资源选择
实验、PPT、练习册等
教 学 过 程
环节
学生要解决的问题或任务
教师教与学生学
教师个性化修改
导入新课?
思考感悟“飞流直下三千尺，疑是银河落九天．”这是唐代大诗人李白对庐山瀑布的传神写照，你能从物理学的角度对这一过程进行描述吗？引出课题。
二、出示课题和学习目标?
①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?
②动能定理的内容和表达式是什么??
③重力所做的功与物体重力势能的变化之间有什么关系??
2.学生回答：?
①本章我们学习了以下几种能：动能、重力势能、弹性势能.?
物体由于运动而具有的能叫动能，动能与物体的质量及运动的速度有关.
物体由于被举高而具有的能叫重力势能，重力势能与物体的质量及被举高的高度有关.?物体由于发生弹性形变而具有的能叫弹性势能，弹性势能与形变的程度有关.?
②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
③重力所做的功和物体重力势能之间变化的关系为：
三、新课教学?
(一) 动能、重力势能、弹性势能属于力学范畴，统称为机械能。
用多媒体展示下述物理情景：在下面所给的物理现象中能量是如何转化的？
A、从树下掉下来的苹果
B、弹簧栓着物体在光滑的水平面上来回往复运动。
过渡：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，动能和势能的和有什么变化呢??
(二)机械能守恒定律的推导?
1.用多媒体出示思考题：?
如图(1)所示，一个质量为ｍ的物体自由下落，经过高度为ｈ１的A点时速度为ｖ１，下落到高度为h2的B点时速度为ｖ2，试写出物体在A点时的机械能和在B点时的机械能，并找到这二个机械能之间的数量关系.?
师生共同完成推导过程
解：∵机械能等于物体的动能和势能之和?
∴A点的机械能等于
B点的机械能等于
又在自由落体运动中，物体只受重力的作用，据动能定理得：
又据重力做功与重力势能的关系得到WG=mgh1-mgh2
∴………①?
∴………②?
学生讨论：上述两个表达式说明了什么问题.?
讨论后：学生代表回答?
学生甲：在表达式①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的减少量，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②，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，我们分别用表示物体的初动能和末动能，用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：，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.?
(三)机械能守恒的条件?
1.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：
①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??
学生答：相同点是在上述两种运动中物体只受到重力作用；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.
②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吗??
学生答：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，师生评析后师总结.
2.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，这个结论叫做机械能守恒定律.?
板书：机械能守恒定律?
①条件：只有重力做功.?
②结论：机械能的总量保持不变.?
3.用实物投影仪出示讨论题?
①所谓的只有重力做功与物体只受重力有什么不同.?
学生：所谓只有重力做功，包括两种情况：?
a.物体只受重力，不受其他的力.?
b.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.?
②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.?
③所谓只有弹力做功，包括哪几种情况??
学生：包括以下两种情形：?
第一种情形：物体只受弹力作用，不受其他的力；?
第二种情形：物体除受弹力外还受其他的力，但其他力不做功.?
（四）例题精讲（见ppt）
四、小结?
1.我们说机械能守恒的关键是：只有重力或弹力做功；?
2.在具体判断机械能是否守恒时，一般从以下两方面考虑：?
①对于某个物体，若只有重力做功，而其他力不做功，则该物体的机械能守恒.?
②对于由两个或两个以上物体(包括弹簧在内组成的系统，如果系统只有重力做功或弹力做功，物体间只有动能、重力势能和弹性势能之间的相互转化，系统与外界没有机械能的转移，系统内部没有机械能与其他形式能的转化系统的机械能就守恒.?
3.如果物体或系统除重力或弹力之外还有其他力做功，那么机械能就要改变。
4.应用机械能守恒定律解题的一般步骤：
①明确研究对象(物体或者系统)。
②明确研究对象的运动过程,分析研究对象的受力情况以及各力做功的情况。判断机械能是否守恒。
③选取参考平面(零势能面),并确定研究对象在过程中的始末机械能。
④根据机械能守恒定律列出方程进行求解，有时不够时再辅之以其它方程。
课堂检测内容
三、巩固练习?
1、下列所述的实例中（均不计空气阻力），机械能守恒的是（ ）（多选）
A.石块自由下落的过程
B.人乘电梯加速上升的过程
C.投出的铅球在空中运动的过程
D.木箱沿粗糙斜面匀速下滑的过程
2、如图所示，在竖直平面内有一段四分之一圆弧轨道，半径OA在水平方向，一个小球从顶端A点由静止开始下滑，已知轨道半径R＝10cm，不计摩擦，求小球刚离开轨道底端B点时的速度大小？
3.从离地高为Hｍ的阳台上以速度ｖ竖直向上抛出质量为ｍ的物体，它上升ｈｍ后又返回下落，最后落在地面上，则下列说法中正确的是(不计空气阻力，以地面为参考面)?
A.物体在最高点时机械能为mg（Ｈ＋ｈ）?
B.物体落地时的机械能为mg（Ｈ＋ｈ）＋mv2
C.物体落地时的机械能为ｍｇＨ＋mv2
D.物体在落回过程中，经过阳台时的机械能为ｍｇＨ＋mv2
课后作业布置
课时作业十三
预习内容布置
预习实验：验证机械能守恒定律
课题
4.2实验:验证机械能守恒(第二课时)
【学习目标】
1、理解实验的设计思路，明确实验中需要直接测量的物理量
2、知道实验中选取测量点的有关要求，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离掌握测量物体运动的瞬时速度的方法
3、能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析得出实验结论
4、能定性地分析产生实验误差的原因，并会采取相应的措施减小实验误差
【学习重点】
理解实验的设计思路，明确实验中需要直接测量的物理量
能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析得出实验结论
【学习难点】
能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析得出实验结论
【学习方法】
自主阅读、合作探究、精讲精练
【使用说明】
阅读课本P63—P64
教学过程
【课前自主学习】
1．实验目的与实验器材
(1)实验的目的是：研究物体自由下落过程中____________的变化，从而验证
________________定律．
(2)实验所需要的器材有：铁架台、铁夹、打点计时器、夹子、复写纸、刻度尺、__________、
________、______、______等．
2．实验原理
在只有________做功的自由落体运动中，物体的________和________互相转化，但总的
机械能守恒．即动能的________等于重力势能的____________．
(1)若以重物下落时的起点为基准，物体下落高度h时的速度为v，在误差允许的范围内，
如计算出mv2＝mgh，机械能守恒定律即被验证．
(2)若以重物下落过程中的某一点A为基准，设重物的质量为m，测出物体对应于A点
的速度vA，再测出物体由A点下落Δh后经过B点的速度vB，则在误差允许范围内，由
计算得出mv－mv＝mgΔh，机械能守恒定律即被验证．
(3)测定第n点的瞬时速度的方法是：测出第n点前后两段相邻相等时间间隔T内下落的
距离sn、sn＋1，由公式vn＝求出．
3．数据处理
(1)利用公式vn＝，计算出点1、点2、点3、…的瞬时速度v1、v2、v3、….
(2)要验证的是mv2＝__________或mv－mv＝________，只需验证v2＝gh或v－
v＝gΔh，因此__________测量重物的质量m.
验证：通过计算，看在误差允许的范围之内v与ghn是否相等或v－v与ghmn是否相
【课堂交流展示】
观看实验视频并完成实验

【当堂训练检测】
【概念规律练】
知识点一　实验器材的选择和实验的操作
1．用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，下列物理量中需要测量的有(　　)
A．重物的质量
B．重力的加速度
C．重物下落的高度
D．与重物下落高度对应的重物的瞬时速度
2．在验证机械能守恒定律的实验中：
(1)从下列器材中选出实验所必需的，其编号为______．
A．打点计时器(包括纸带) 　　B．重物
C．天平 　　 D．毫米刻度尺
E．秒表 　 　F．运动小车
(2)打点计时器的安装放置要求为__________；开始打点计时的时候，应先_______，然
后再________________________________．
(3)选择下列正确的实验步骤，并按次序排列为________．
A．用天平测出重锤的质量
B．把打点计时器竖直地夹稳在铁架台上
C．接通电源，松开纸带
D．松开纸带，接通电源
E．用停表记下重锤下落的时间
F．取下纸带，重复上述实验3次
G．将纸带固定在重锤上，让纸带穿过打点计时器并用手提住，使重锤靠近打点计时器
H．选取理想纸带，对几个方便的点测量并计算，看mgh和mv2是否相等
知识点二　实验的原理
3．在某次验证机械能守恒定律的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一条竖直线上，
使纸带通过时受到了较大的阻力，则结果(　　)
A．mgh>mv2 B．mghC．mgh＝mv2 D．以上都不可能
4．某同学在做“验证机械能守恒定律”的实验时，不慎将一条选择好的纸带的前面部分
损坏了，剩下的一段纸带上各点间的距离，他测出并标在纸带上，如图1所示．已知打
点计时器打点的周期T＝0.02 s，重力加速度g取9.8 m/s2.
图1
(1)利用纸带说明重物通过第2、5两点时机械能守恒．
(2)分别说明为什么得到的结果是重力势能的减少量略大于动能的增加量？
【方法技巧练】
实验数据的处理方法
5．在“验证机械能守恒定律”的实验中，根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，
则以v2为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是下图中的(　　)
6．在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查
得当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计
数点对应刻度尺上的读数如图2所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、
C、D分别是每两个点取出的计数点．根据以上数据，可知重物由O点运动到B点时．
图2
(1)重力势能的减少量为多少？
(2)动能的增加量是多少？
(3)根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？
学习心得体会: