(共16张PPT)
第四章
机械能及其守恒定律
第七节
生产和生活中的机械能守恒
粤教版
必修第二册
应用机械能守恒定律解题的基本思路：
1、选取研究对象——物体系统或物体；
2、根据研究对象所经历的物理过程，进行受力分析、做功分析，判断机械能是否守恒；
3、选取合适的零势能参考平面，确定研究对象在初、末状态的机械能；如果利用转化观点或转移观点解决问题则不需要选零势能参考平面；
机械能守恒
守恒观点
转化观点
转移观点
要选零势能面
不用选零势能面
不用选零势能面
应用机械能守恒定律解题的基本思路：
1、选取研究对象——物体系统或物体；
2、根据研究对象所经历的物理过程，进行受力分析、做功分析，判断机械能是否守恒；
3、选取合适的零势能参考平面，确定研究对象在初、末状态的机械能；如果利用转化观点或转移观点解决问题则不需要选零势能参考平面；
4、根据机械能守恒定律列方程；
5、求解结果，对结果进行讨论和说明。
一、落锤打桩机
主要结构：
桩锤、卷扬机和导向架
打桩时，桩锤由卷扬机用吊钩提升到设计高度，然后使桩锤沿导向架自由下落打击管桩。
【思考问题】（1）桩锤下落过程做什么运动？可忽略哪些影响桩锤运动的因素？
（2）桩锤下落过程中，能量是如何转化的？它的机械能是否守恒？
例题1：某建筑工地准备利用落锤打桩机进行施工，该落锤打桩机的部分工作参数如表所示，其中贯入度是指每受到10次锤击后管桩进入地层的深度。若不计空气阻力，重力加速度
，估算每一次桩锤下落时，桩锤给管桩的冲击动能是多少？
桩锤质量m/t
落距h/m
贯入度d/mm
8.0
2
50
【思考问题】（1）如图，人手握铁锤敲击钉子，请描述一下这个过程的能量转化情况是怎样的？
（2）如果我们要估算铁锤的动能，你需要获得哪些数据？
二、跳台滑雪
跳台滑雪是滑雪运动项目之一。利用自然山形建成的跳台进行。脚着专用滑雪板，不借助任何外力，从起滑台起滑，在助滑道上获得高速度，于台端飞出后，身体前倾与滑雪板成锐角，沿抛物线在空中飞行，在着陆坡着陆后，继续滑行至停止区停止。
“雪如意”彰显中国基建能力
例题2：跳台滑雪筹备组考察某一雪道是否符合比赛要求。如图所示是简化的跳台滑雪雪道示意图。整条雪道由倾斜的助滑坡AB和着陆坡CD，以及一段水平起跳平台BC组成，且AB与BC由一段平滑圆弧连接。
设质量为60kg的运动员从助滑坡AB上由静止开始下滑，筹备组希望该运动员到达C点时能够以25m/s的速度水平飞出，并希望腾空时间能够至少达到3.5s。设这个过程可忽略空气阻力的影响，重力加速度
。
（1）测得AB段的竖直高度h=50m，该高度是否符合筹备组的要求？（
）
（2）测得着陆坡CD与水平面的夹角
，该夹角是否符合筹备组的要求？
【思考问题】（1）运动员在AB段做什么运动？从C点水平飞出后做什么运动？
（2）在AB段，运动员的能量是如何转化的？
（3）从C点水平飞出后，运动员的能量又是如何转化的？运动员的机械能是否守恒？
【讨论与交流】1.在例题2中，运动员落到着陆坡瞬间的动能是多少？有多少种计算方法？
2.例题2中若实际测试发现，运动员从点
A下滑到点C时水平飞出的速度仅为20m/s，则下滑过程中克服阻力做了多少功？该过程还能否应用机械能守恒定律进行计算？
三、过山车
过山车的运动包含了许多物理学原理，人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果，那感觉……
例题3：如图所示，过山车轨道位于竖直平面内，该轨道由一段倾斜轨道和与之相切的圆形轨道连接而成，过山车从倾斜轨道的点A由静止开始下滑。圆形轨道半径为
，可视为指点的过山车质量为
。忽略阻力作用，为保证过山车能够沿圆形轨道运行，过山车的下滑起点A距离圆形轨道底部的高度
应满足什么条件？
【思考问题】（1）过山车是如何在没有外加动力装置的情况下实现高空圆周运动的？
（2）要确保过山车能通过圆形轨道最高点，在最高点过山车的速度至少要多大？
练习：如图所示，把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆，摆长为
，最大偏角为
。如果阻力可以忽略，小球运动到最低点的速度大小是多少？
潮汐发电
涨潮时将海水储存在水库内，储存重力势能
退潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，将海水的重力势能转化为动能。
潮汐发电
中国已建成的最大的潮汐发电站——浙江温岭江厦潮汐电站《生产和生活中的机械能守恒》教学设计
教学目标：
通过实例分析，深化对机械能守恒定律的认识，会从能量转化与守恒的角度思考问题，加深对能量观念的认识；
理解应用机械能守恒定律解决实际问题过程中所蕴含的模型建构、科学推理、科学论证和质疑创新等科学思维，促进学生科学思维的发展；
让学生体会从能量视角解决问题的方法，引导学生科学探究能力的发展；
让学生深入体会能量观念对于解决实际问题的价值及其中蕴含的科学态度与责任。
教学重点：
深化能量观念在生产生活中应用的认识；
从情境中抽象建构出物理模型。
教学难点：
应用机械能守恒定律解决实际问题
教学方法：
通过实例分析启发学生迁移思考，引导学生自主寻找生产生活中的实例，以小组讨论探究模式开展学习活动。
课时安排：2课时
情境引入：
播放打桩、跳台跳雪、过山车视频。
新课教学：
应用机械能守恒定律解题的基本思路
选取研究对象——物体系统或物体；
根据研究对象所经历的物理过程，进行受力分析、做功分析，判断机械能是否守恒；
选取合适的零势能参考平面，确定研究对象在初、末状态的机械能；如果利用转化观点或转移观点解决问题则不需要选零势能参考平面；
守恒观点：
转化观点：或
转移观点：或
根据机械能守恒定律列方程；
求解结果，对结果进行讨论和说明。
一、落锤打桩机
例题1：某建筑工地准备利用落锤打桩机进行施工，该落锤打桩机的部分工作参数如表所示，其中贯入度是指每受到10次锤击后管桩进入地层的深度。若不计空气阻力，重力加速度，估算每一次桩锤下落时，桩锤给管桩的冲击动能是多少？
桩锤质量m/t
落距h/m
贯入度d/mm
8.0
2
50
【思考问题】（1）桩锤下落过程做什么运动？可忽略哪些影响桩锤运动的因素？
桩锤下落过程中，能量是如何转化的？它的机械能是否守恒？
二、跳台滑雪
例题2：跳台滑雪筹备组考察某一雪道是否符合比赛要求。如图所示是简化的跳台滑雪雪道示意图。整条雪道由倾斜的助滑坡AB和着陆坡CD，以及一段水平起跳平台BC组成，且AB与BC由一段平滑圆弧连接。
设质量为60kg的运动员从助滑坡AB上由静止开始下滑，筹备组希望该运动员到达C点时能够以25m/s的速度水平飞出，并希望腾空时间能够至少达到3.5s。设这个过程可忽略空气阻力的影响，重力加速度。
（1）测得AB段的竖直高度h=50m，该高度是否符合筹备组的要求？（）
（2）测得着陆坡CD与水平面的夹角，该夹角是否符合筹备组的要求？
【思考问题】（1）运动员在AB段做什么运动？从C点水平飞出后做什么运动？
（2）在AB段，运动员的能量是如何转化的？
从C点水平飞出后，运动员的能量又是如何转化的？运动员的机械能是否守恒？
【讨论与交流】1.在例题2中，运动员落到着陆坡瞬间的动能是多少？有多少种计算方法？
2.例题2中若实际测试发现，运动员从点
A下滑到点C时水平飞出的速度仅为20m/s，则下滑过程中克服阻力做了多少功？该过程还能否应用机械能守恒定律进行计算？
三、过山车
例题3：如图所示，过山车轨道位于竖直平面内，该轨道由一段倾斜轨道和与之相切的圆形轨道连接而成，过山车从倾斜轨道的点A由静止开始下滑。圆形轨道半径为，可视为指点的过山车质量为。忽略阻力作用，为保证过山车能够沿圆形轨道运行，过山车的下滑起点A距离圆形轨道底部的高度应满足什么条件？
【思考问题】（1）过山车是如何在没有外加动力装置的情况下实现高空圆周运动的？
（2）要确保过山车能通过圆形轨道最高点，在最高点过山车的速度至少要多大？
练习：如图所示，把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆，摆长为，最大偏角为。如果阻力可以忽略，小球运动到最低点的速度大小是多少？
课堂小结：
能用机械能守恒定律分析生产和生活中的有关问题，会从能量转化与守恒的角度思考问题，理解应用机械能守恒定律解决实际问题过程中所蕴含的科学思维。
课后作业：
第一课时：第112页：第1题、第2题
第二课时：第112页：第3题
