机械能守恒定律教案

机械能守恒定律教案

教学目标

一、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．会正确推导物体在光滑曲面上运动过程中的机械能守恒,理解机械能守恒定律的内容,知道它的含义和适用条件；

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;

二、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,分析问题;

三、情感、态度与价值观

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．掌握机械能守恒定律的推导、建立过程,理解机械能守恒定律的内容；

2．在具体的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,能正确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;

教学方法

演示法、演绎推导法、分析归纳法、交流讨论法;

教具

单摆,弹簧振子,铁架台,弹簧,铁锤

教学过程

一、引入新课

1．教师活动：前面已学习了重力势能、弹性势能、动能,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;

2．教师活动：确定学习目标;

二、进行新课

1.机械能的概念E

表达式：E=E K+E P

2.动能与势能的转化

趣味实验1：动能和重力势能的转化

请一同学,单摆摆球从同学的鼻子处开始摆动;

提问：球会不会砸到同学的鼻子

学生：不会;

演示完一遍,提问该同学,砸到鼻子了吗

该生：没有;

在事先画好的黑板上再次演示该实验,如下图甲,可清楚看到,球摆到和释放时一样的高度;在悬点的下方某处挡把尺子,猜想：还会再上升到原来高度吗

有的学生：会;有的学生：不会;

演示完,球上升到原来的高度;提问：这个实验说明了什么

学生：能量守恒;

提问：这个小实验中,小球的受力情况如何各个力的做功情况如何

学生：观察演示实验,思考问题,选出代表发表见解;

小球在摆动过程中受重力和绳的拉力作用;拉力和速度方向总垂直,对小球不做功；只有重力对小球能做功;

演示实验2：动能和弹性势能的转化

提问：这个实验是哪两种能量之间的转化

学生：弹性势能与动能之间的转化;

演示实验3：动能、弹性势能和重力势能之间的转化

提问：都有什么形式的能量发生了转化

学生：动能、弹性势能和重力势能之间发生了转化;

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,动能和势能的和是否真的保持不变下面我们就来定量讨论这个问题;

2.机械能守恒定律的推导

1描述这四种情况：自由落体运动、沿光滑斜面下滑、沿光滑曲面下滑、单摆摆动;在运动过程中,不计一切摩擦和阻力;

现在以最简单的自由落体为例推导;

2推导过程：第一步： ∵机械能等于物体的动能和势能之和

∴A 点的机械能等于

12121mgh mv + B 点的机械能等于2222

1mgh mv + 第二步：证明EA=EB 由动能定理得： W 合=W G =

2221mv -2121mv 又据重力做功得到： W G =1mgh -2mgh

第三步：由分析可知,重力势能的减少量等于物体动能的增加量,所以A 、B 两点的机械能相等; 即：1212222121mgh mv mgh mv +=+

第四步：由于A 、B 是任意两点,所以可以得出如下结论：做自由落体运动的物体在下落过程中,重力势能转化为动能,但总的机械能始终保持不变,即守恒;

3图中其它3种情况,通过分析,也是只有重力做功,故机械能也守恒;

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,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变;

2表达式：

或E2=E1

3适用条件：

只有重力或弹力做功

推广1：物体只受重力,且只有重力做功

推广2：物体除受重力外还受其他的力,但其他力不做功,或其他力做功的代数和为零

判断机械能是否守恒的方法

从定义角度：E=E K +E P

从做功角度：只有重力或弹力做功

4研究对象

相互作用的物体组成的系统

重力势能：地球与物体所组成的系统

弹性势能：由弹力的相互作用而组成的系统

5练习

A ．起重机匀速吊起重物

B ．物体沿光滑斜面下滑

C ．水平弹簧振子

D ．拉一个物体沿光滑斜面匀速上升

E ．在竖直面内做匀速圆周运动

F ．铅球在空中做平抛

思考与讨论：一小球在真空中自由下落,另一个同

样小球在粘滞性较大的液体中匀速下落,它们都由高

度为h1的地方下落到h2的地方;在这两种情况下,重

力所做的功相等吗重力势能的变化相等吗动能的变化

相等吗重力势能各转化成什么形式的能量

学生回答

结论：重力势能减少了相同的量,但是左图里,势能

完全转化成了动能,右图中,势能转化成了内能;

4.例题与练习

例1.用细线连接一个小球,绳长L,最大偏角θ,求小球到最低点的速

度忽略阻力,以最低位置为零势能面;

解：运动过程中机械能守恒,设最低位置为零势能面,最高点为初状态;

初态机械能： EK1＋EP1=mgh=mgl1-cos θ

末态机械能： EK2＋EP2=1/2 mv 2

2 即： mgl1-cos θ =1/2 mv 2

2 解得：v2=)cos 1(gL 2θ-

应用机械能守恒定律解题的一般步骤：

1、明确研究对象和它的运动过程

2、分析研究对象在运动中的受力情况,判断机械能是否守恒

3、分析运动的始末状态,选定零势能参考面,确定物体在始末状态的机械能

4、根据机械能守恒定律列方程求解

例2. 如图所示,下列四个选项的图中,木块均在固定的斜面上运动,其中图A 、B 、C 中的斜面是光滑的,图D 中的斜面是粗糙的,图A 、B 中的为木块所受的外力,方向如图中箭头所示,图A 、B 、D 中的木块向下运动,图C 中的木块向上运动;在这四个图所示的运动过程中机械能守恒的是

解析：机械能守恒的条件是：物体只受重力或弹力的作用,或者还受其它力作用,但其它力不做功,那么在动能和势能的相互转化过程中,物体的机械能守恒;依照此条件分析,ABD 三项均错;答案：C;

课堂小结：

1、动能和势能统称为机械能

2、机械能守恒定律：

a 、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,而总机械能保持不变

b 、条件：只有重力或弹力做功

2112222

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