高中物理必修二教案-7.8机械能守恒定律36-人教版
文档属性
| 名称 | 高中物理必修二教案-7.8机械能守恒定律36-人教版 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 402.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-12-28 10:42:05 | ||
图片预览
文档简介
机械能守恒定律教学设计
三维目标:
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，
二、能力目标:
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、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
教学方法:
1、关于机械能守恒定律的得出，采用师生共同演绎推导的方法，明确该定律数学表达式公式的来龙去脉。
2、关于机械能守恒的条件，在教学时采用列举实例，具体情况具体分析的方法。
教学用具：
细线、小球，带标尺的铁架台。
教学课时：
1课时
教学实录：
新课导入：
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，重力势能和动能相互转化．我们看到，小球可以摆到跟A点等高的C点，好像“记得”自己原来的高度，说明在摆动过程中有一个物理量是保持不变的，是什么呢?
学生回答：从该实验中可以看出：小球在摆动过程中通过重力做功，势能与动能互相转换：重力做正功，重力势能减少，动能增加；重力做负功，重力势能增加，动能减少。
教师引导：从能量的角度是否可以认为重力势能
与动能的总和保持不变。
新课教学：
（一） 机械能
1、概念：物体的动能、势能的总和即E＝EK＋EP
2、机械能是标量，具有相对性（需要设定势能参考平面）
3、机械能之间可以相互转化。
播放动画图片，请学生认真观察单摆，球和竖直弹簧相互作用过程分析起动能和势能的转化。
通过上述分析，我们得到动能和势能之间可以相互转化，那么在动能势能的转化过程中，动能和势能的和有什么变化呢？
动能与势能相互转化的规律
h1
h2
A
B
v1
v2
1、只受重力作用分析
引导学生自主探究，不失一般性，设下落过程中
经过高度h1的A点速度v1，高度h2的B点时速度为v2，
由同学用学习过的知识（牛顿定律或动能定理），分析下
落过程中A、B两位置的机械能之间的数量关系。
A点到B点，WG=falsemv22-falsemv12= EK2-EK1
由重力做功和重力势能变化的关系有
WG=mgh1-mgh2=EP1-EP2
得到 EK2-EK1=EP1-EP2 ①
移项后，得EP1+EK1=EP2+EK2 ②
即 E1=E2
引导学生讨论式①的含义是什么？式②的含义又是什么？
在表达式①中左边是物体动能的增加量，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。在表达式②中，左边是物体在末位置时的机械能，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。
沿光滑斜面下滑过程中，斜面的弹力不做功，由动能定理分析，通过重力做功，使重力势能转化为动能，总的机械能保持不变。
如果物体沿光滑曲面滑下，怎么分析？
由学生通过重力势能的分析中将曲面看成无数个小斜面的处理方法，得出结论。
小结：在只有重力做功的情形下，不论物体做直线运动还是曲线运动，总的机械能保持不变。
分析讨论：长时间运动摆球右侧最高点高度逐渐降低的原因。
摆球受到的阻力不能忽略，前面的推导过程中W=WG+Wf，EP1+EK1≠EP2+EK2，
从能量转化角度看，有机械能转化为热能，所以机械能将不断减少。
通过实验和理论推导的证明：只有重力做功时，物体系统内的机械能守恒。
（此处应说明：重力势能是物体和地球组成的系统具有的）
2、只有弹力做功分析
提出问题：势能包括重力势能和弹性势能，只有弹力做功时，机械能与守恒吗？
N
A
B
C
G
F
由同学讨论振动过程的能量转化和实验结论，结合前
面已经探究过的弹力做功与弹性势能的关系，类比重力做
功，进行分析。
WF弹= EK2-EK1
又 WF弹= EP1-EP2=EK2-EK1
则EP1弹+EK1=EP2弹+EK2
结论：只有弹力做功时，系统机械能守恒
系统内只有重力和弹力做功分析
提出问题：势能包括重力势能和弹性势能，只有重力和弹力做功时，机械能与守恒吗？
由同学讨论过程的能量转化，结合前
面已经探究过的重力做功和重力势能的关系及弹力做功与弹性势能的关系，进行分析。
WG+W弹=EK2-EK1N
A
B
C
G
F
WG=EP1重-EP2重
WF弹= EP1弹-EP2弹
EP1弹+EP1重+EK1=EP2弹+EP2重+EK2
共同总结：
系统只有重力或弹力做功时： W=-ΔEp
动能的变化：W合=ΔEk
若W合=W
则ΔEk+ΔEp=0即ΔE=0（转化观点）
或EP1+EK1=EP2+EK2即E2=E1（守恒观点）
在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，但机械能的总量保持不变
三、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，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
2、机械能守恒的条件
1、只受重力（弹力），不受其他力
2、除重力（弹力）以外还有其它力，但其它力都不做功
3、除重力（弹力）以外还有其它力，但其它力做功，其 它力做功的和为零。
E2=E1
表达式： EP1+EK1=EP2+EK2 （守恒观点)
ΔEk=-ΔEp (转化观点）
【课堂训练】
false1、（多选）下列几种情况中，机械能一定守恒的是： （ ）
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，如图所示
D.物体以0.8g的加速度竖直向上做匀减速运动
2、下列关于机械能是否守恒的判断正确的是 （ ）
A．甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，A机械能守恒
B．乙图中，在大小等于摩擦力的拉力下沿斜面下滑时，物体B机械能守恒
C．丙图中，不计任何阻力时A加速下落，B加速上升过程中，A机械能守恒
D．丁图中，小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时，小球的机械能守恒
3、把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆（如图），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？
分析：这个问题直接用牛顿第二定律和运动学的公式来处理，需要用高等数学。通过前面的分析，我们知道小球在摆动过程中机械能守恒，可以用机械能守恒定律求解。
A
l
C
O
解：（略）
（对学生的回答进行评价、修正，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。）
设问： 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 ？
通过设问让学生了解机械能守恒定律解决问题时的优越性。高中阶段无法用牛顿第二定律和运动学的公式解决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。
课后思考：
如何测量一根轻质弹簧的劲度系数（提示：分别从力的角度和能的角度来测量）
小结：
机械能
物体的动能和势能可以相互转化规律
机械能守恒定律
内容
守恒条件
表达式
课后反思：
继动能定理以后，我们紧接着又开始学习用能量方法解决问题的另外一个重要的知识点，在这一节的教学中，首先让学生能够从各种不同的例子中体会能量之间可以相互转化，而机械能内部的动能和重力势能以及弹性势能之间当然可以相互转化，转化的条件是相应的重力做功或者弹力做功．在教学中可以利用例题让学生自己总结用机械能守恒定律解决问题的一般步骤，由于是学生自己推导出来的，所以记忆当然深刻．也可以让他们分别用动能定理和机械能守恒定律解决同样一个问题，以便比较这两种方法的相同点和不同点 。不足之处，实验较少，不够新颖。教学时间和学生活动时间分配不得当，可以进一步改进。
三维目标:
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，
二、能力目标:
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、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
教学方法:
1、关于机械能守恒定律的得出，采用师生共同演绎推导的方法，明确该定律数学表达式公式的来龙去脉。
2、关于机械能守恒的条件，在教学时采用列举实例，具体情况具体分析的方法。
教学用具：
细线、小球，带标尺的铁架台。
教学课时：
1课时
教学实录：
新课导入：
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，重力势能和动能相互转化．我们看到，小球可以摆到跟A点等高的C点，好像“记得”自己原来的高度，说明在摆动过程中有一个物理量是保持不变的，是什么呢?
学生回答：从该实验中可以看出：小球在摆动过程中通过重力做功，势能与动能互相转换：重力做正功，重力势能减少，动能增加；重力做负功，重力势能增加，动能减少。
教师引导：从能量的角度是否可以认为重力势能
与动能的总和保持不变。
新课教学：
（一） 机械能
1、概念：物体的动能、势能的总和即E＝EK＋EP
2、机械能是标量，具有相对性（需要设定势能参考平面）
3、机械能之间可以相互转化。
播放动画图片，请学生认真观察单摆，球和竖直弹簧相互作用过程分析起动能和势能的转化。
通过上述分析，我们得到动能和势能之间可以相互转化，那么在动能势能的转化过程中，动能和势能的和有什么变化呢？
动能与势能相互转化的规律
h1
h2
A
B
v1
v2
1、只受重力作用分析
引导学生自主探究，不失一般性，设下落过程中
经过高度h1的A点速度v1，高度h2的B点时速度为v2，
由同学用学习过的知识（牛顿定律或动能定理），分析下
落过程中A、B两位置的机械能之间的数量关系。
A点到B点，WG=falsemv22-falsemv12= EK2-EK1
由重力做功和重力势能变化的关系有
WG=mgh1-mgh2=EP1-EP2
得到 EK2-EK1=EP1-EP2 ①
移项后，得EP1+EK1=EP2+EK2 ②
即 E1=E2
引导学生讨论式①的含义是什么？式②的含义又是什么？
在表达式①中左边是物体动能的增加量，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。在表达式②中，左边是物体在末位置时的机械能，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。
沿光滑斜面下滑过程中，斜面的弹力不做功，由动能定理分析，通过重力做功，使重力势能转化为动能，总的机械能保持不变。
如果物体沿光滑曲面滑下，怎么分析？
由学生通过重力势能的分析中将曲面看成无数个小斜面的处理方法，得出结论。
小结：在只有重力做功的情形下，不论物体做直线运动还是曲线运动，总的机械能保持不变。
分析讨论：长时间运动摆球右侧最高点高度逐渐降低的原因。
摆球受到的阻力不能忽略，前面的推导过程中W=WG+Wf，EP1+EK1≠EP2+EK2，
从能量转化角度看，有机械能转化为热能，所以机械能将不断减少。
通过实验和理论推导的证明：只有重力做功时，物体系统内的机械能守恒。
（此处应说明：重力势能是物体和地球组成的系统具有的）
2、只有弹力做功分析
提出问题：势能包括重力势能和弹性势能，只有弹力做功时，机械能与守恒吗？
N
A
B
C
G
F
由同学讨论振动过程的能量转化和实验结论，结合前
面已经探究过的弹力做功与弹性势能的关系，类比重力做
功，进行分析。
WF弹= EK2-EK1
又 WF弹= EP1-EP2=EK2-EK1
则EP1弹+EK1=EP2弹+EK2
结论：只有弹力做功时，系统机械能守恒
系统内只有重力和弹力做功分析
提出问题：势能包括重力势能和弹性势能，只有重力和弹力做功时，机械能与守恒吗？
由同学讨论过程的能量转化，结合前
面已经探究过的重力做功和重力势能的关系及弹力做功与弹性势能的关系，进行分析。
WG+W弹=EK2-EK1N
A
B
C
G
F
WG=EP1重-EP2重
WF弹= EP1弹-EP2弹
EP1弹+EP1重+EK1=EP2弹+EP2重+EK2
共同总结：
系统只有重力或弹力做功时： W=-ΔEp
动能的变化：W合=ΔEk
若W合=W
则ΔEk+ΔEp=0即ΔE=0（转化观点）
或EP1+EK1=EP2+EK2即E2=E1（守恒观点）
在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，但机械能的总量保持不变
三、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，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
2、机械能守恒的条件
1、只受重力（弹力），不受其他力
2、除重力（弹力）以外还有其它力，但其它力都不做功
3、除重力（弹力）以外还有其它力，但其它力做功，其 它力做功的和为零。
E2=E1
表达式： EP1+EK1=EP2+EK2 （守恒观点)
ΔEk=-ΔEp (转化观点）
【课堂训练】
false1、（多选）下列几种情况中，机械能一定守恒的是： （ ）
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，如图所示
D.物体以0.8g的加速度竖直向上做匀减速运动
2、下列关于机械能是否守恒的判断正确的是 （ ）
A．甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，A机械能守恒
B．乙图中，在大小等于摩擦力的拉力下沿斜面下滑时，物体B机械能守恒
C．丙图中，不计任何阻力时A加速下落，B加速上升过程中，A机械能守恒
D．丁图中，小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时，小球的机械能守恒
3、把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆（如图），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？
分析：这个问题直接用牛顿第二定律和运动学的公式来处理，需要用高等数学。通过前面的分析，我们知道小球在摆动过程中机械能守恒，可以用机械能守恒定律求解。
A
l
C
O
解：（略）
（对学生的回答进行评价、修正，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。）
设问： 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 ？
通过设问让学生了解机械能守恒定律解决问题时的优越性。高中阶段无法用牛顿第二定律和运动学的公式解决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。
课后思考：
如何测量一根轻质弹簧的劲度系数（提示：分别从力的角度和能的角度来测量）
小结：
机械能
物体的动能和势能可以相互转化规律
机械能守恒定律
内容
守恒条件
表达式
课后反思：
继动能定理以后，我们紧接着又开始学习用能量方法解决问题的另外一个重要的知识点，在这一节的教学中，首先让学生能够从各种不同的例子中体会能量之间可以相互转化，而机械能内部的动能和重力势能以及弹性势能之间当然可以相互转化，转化的条件是相应的重力做功或者弹力做功．在教学中可以利用例题让学生自己总结用机械能守恒定律解决问题的一般步骤，由于是学生自己推导出来的，所以记忆当然深刻．也可以让他们分别用动能定理和机械能守恒定律解决同样一个问题，以便比较这两种方法的相同点和不同点 。不足之处，实验较少，不够新颖。教学时间和学生活动时间分配不得当，可以进一步改进。