机械能守恒定律的教学设计.docx
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1、精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -机械能守恒定律的教学设计 教 学 目 标 1把握机械能守恒定律,知道它的含义和适用条件。2学会机械能守恒定律解决力学问题,知道应用这个定律的解题步骤,知道用这个定律处理问题的优点。第一课时 教 学 目 标 1知道动能和势能间可以相互转化。2能够推导动能与重力势能的转化守恒。3知道机械能守恒的条件,在详细的环境中能够判定机械能是否守恒。教学重点 在详细的环境中判定机械能守恒。教学过程 动能和势能统称为机械能,其中势能包括重力势能和弹性势能。1 动能和势能之间可以相互转化。 (以实例的形式引入)列举生活中常见
2、的动能和势能之间相互转化的现象:教材79 页。( 1)自由落体运动(直线运动) 。( 2)平抛运动(曲线运动) 。( 3)单摆的摇摆过程。( 4)物体在光滑斜面上自由下滑(斜面固定)。( 5)物体由一个光滑曲面滚下,然后滚上另一个光滑曲面。( 6)光滑水平面放置的压缩弹簧将小球弹出。( 7)小球从高处下落,压缩竖直弹簧的过程。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页,共 16 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - -
3、 - - - - -( 1)( 2)( 3)( 4)( 5)( 6)( 7)上面的例子中 1 5 说明白动能和势能之间是可以相互转化的。例子 6 说明动能和弹性势能之间是可以相互转化的。例子 7 说明动能、重力势能、与弹性势能三者之间是可以相互转化的。争论与沟通:动能和势能之间的转化是通过什么来实现的?回答:在上述的例子中,动能和势能之间的相互转化是通过重力或弹力做功实现的。过度:中学的时候就接触过机械能守恒定律,现在我们就上面几个例子中最简洁的自由落体运动来推导机械能守恒定律。2机械能守恒定律的推导以自由落体运动为例如下列图,一个质量为m 的小球自由下落,经过高度为h1 的位可编辑资料 -
4、- - 欢迎下载精品名师归纳总结置 1 (初位置)时速度为v1 ,下落到高度为h2 的位置 2 (末位1v1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结置)时速度为 v2 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在自由落体运动中, 物体只受重力 G=mg的作用,重力做正功。v22h1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结设重力所做的功为WG ,它亦等于合力所做的功, 由动能定理可h2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结得:2GW1 mv221 mv212(1)可编
5、辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 2 页,共 16 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -另一方面,由重力做功与重力势能关系知道,WGmgh1mgh2( 2 )可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由上面两式可得:1 mv21 mv2mghmgh可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结222112可见,在这个运动过程中(从位置1 到位
6、置 2 ),重力做了多少功,就有多少功转化为等量的动能。即动能增加了多少,重力势能就削减了多少。表达式二:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结移项可得:21 mv22mgh21 mv212mgh1,即(表达式一)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结上式的左边两项分别表示小球在位置2(末态)的动能和重力势能, 相加在一起表示小球在位置2(末态)的机械能。等号右边的两项分别表示小球在位置1(初态)的动能和重力势能,相加在一起表示 小球在位置 1 (初态)的机械能。因此对于上式, 我们可以懂得为: 末态的机械能与初态的机械能是相等的,即机械能在小球的运动过程中保持不变。那么,
7、我们仍可以推广到任意时刻或任意位置小球的动能和重力势能之和保持不变。 至此,我们推导出了机械能守恒定律的两个表达式。实际上,我们仍可以由其他的模型来证明。 试用上面提到的实例3 推导机械能守恒定律。解答:与上面用自由落体运动的推导过程完全相同。争论与沟通:教材80 页,机械能守恒定律成立的条件是什么?3探讨机械能守恒的条件在上面的推导过程中, 我们用到了两个规律: 一个是动能定理, 一个是重力做功与重力势能之间的关系。两个规律结合在一起之所以能推导出机械能守恒定律,是由于在应用动能定理的时候有W合WG 。因此机械能守恒的条件是:W合WG即:假如重力的功等于合力的功,也可以懂得为只有重力做功,机
8、械能就是守恒的。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页,共 16 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -我们用这个条件去考察上面的实例1 5:( 1)只受重力,重力的功等于合力的功,机械能守恒。( 2)只受重力,重力的功等于合力的功,机械能守恒。( 3)受重力和绳拉力,但绳拉力不做功,只有重力做功,因此有重力功等于合力功,机械能守恒。( 4)受重力和支持力,但支持力不做功,只有重力做功,因此有
9、重力功等于合力功,机械能守恒。( 5)受重力和支持力,但支持力不做功,只有重力做功,因此有重力功等于合力功,机械能守恒。 小结:只有重力做功,机械能守恒。我们仍可以这样来懂得重力的功:它只是使物体的动能与重力势能之间发生了转化, 即只是使能量在机械能内部之间转化,重力做功不转变机械能总量,因而机械能是守恒的。( 6)受重力、支持力和弹簧弹力,但只有弹力做功,因此有弹力功等于合力功,机械能守恒。( 7)受重力和弹簧弹力,弹簧弹力和重力做功,因此弹力和重力做的功等于合力功,机械能守恒。同样的, 弹力做功跟重力做功类似,弹簧弹力也只是使能量在机械能内部转化,因而也不转变机械能的总量。由教材的结论“只
10、有重力做功,机械能守恒”可以得到相像的结论:只有弹力做功,机械能亦守恒。综合起来我们就可以说:只有重力或弹力做功,会发生动能、重力势能、弹性势能三者之间的转化,而在转化过程中总量保持不变。争论与沟通,教材80 页:“你对只有重力做功”是如何懂得的?1、只受重力或系统内弹簧弹力。2、除重力弹力外仍受其他力,但其他力不做功。3、除重力弹力外的其他力做功,但其他力做功的代数和始终为0.满意上述三个条件中的任何一个,该系统的机械能都守恒。其中第三点需要进行一点补充说明,比如用一水平力作用在物体上,使其在粗糙水平面上做匀速直线运动。拉力和摩擦力都做了功, 一正一负大小相等, 一次物体的机械能总量保持不变
11、。严格的讲, 第三个条件不属于机械能守恒的条件之 列,只是争论过程中机械能的数值始终保持不变而已。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 4 页,共 16 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -4机械能守恒定律的内容在只有重力、弹力做功的情形下,物体的动能和势能发生相互转化,但机械能的总量保持不变。(这里的弹力特指弹簧之类的弹力,而不包括支持力压力之类的弹力)说明:只有重力或弹力做功,即不考虑空气阻力
12、及因其他摩擦产生热而缺失能量,所以机械能守恒也是一种抱负化的物理模型。5教材课后练习一方面使同学把握住刚刚总结出来的判定机械能守恒的方法,另一方面探讨新的方法。 完成课后第( 2 )题同学一般会依据机械能守恒的条件进行判定:只有重力、弹力做功.引导同学摸索:是不是只有这一种方法可以判定机械能是否守恒了?我们看下面的几个练习:( a)跳伞员带着张开的降落伞在空气中匀速下落。( b )拉着一个物体沿光滑的斜面匀速上升。( c)用细绳拴着一个小球,使小球在光滑水平面上做匀速圆周运动。对于上面的问题,我们可以这样摸索:在 a 中,物体的运能没有转变, 由于匀速运动。 另外,物体的重力势能逐步减小, 由
13、于高度越来越小。因而机械能总量在减小。在 b 中,物体的动能不变,重力势能在增加,因而机械能在增加。在 c 中,物体的动能和重力势能都没有发生变化,因此机械能没有发生变化。上面我们所采纳的方法, 实际上是直接去观看物体的机械能有没有发生转变,而没有依据做功去判定。不妨我们将这种判定机械能守恒与否的方法称为“直接看”。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 5 页,共 16 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - -
14、- - -另外,我们也可以依据能量转化来判定:自然界的总能量是守恒的, 只要没有机械能转化成其他形式的能量,就机械能就是守恒的。这时我们往往通过一些现象去判定,比如看到了发光、发电、发热等 现象,这就意味着有机械能转化成了其他形式的能量。这时的机械能就是不守恒的了。比如:流星在 大气中运动的过程, 我们看到了发光的现象, 其实也在发热。 这说明流星的机械能在不断的转化成光能和热能,因而其机械能是不守恒的。总的来说,判定机械能守恒与否有上面提到的三种方法:( 1)看是不是只有重力、弹力做功。 (此方法要求对物体进行受力分析和运动分析,进而确定力的做功情形)只有重力、弹力做功有下面的三种说明:物体
15、只受重力、弹力。受其他力,但其他力不做功。其他力做功,但所做功的代数和为零。( 2)“直接看”(看动能与势能的变化特点,再综合起来判定)。(此方法要求对物体进行运动分析,得出各种机械能的变化情形)( 3)看机械能的去向。即有没有去发光、发热、发电等。说明在第一课时中, 主要是让同学懂得机械能守恒定律,以及如何判定机械能是否守恒。但并没有提在给定范畴内机械能是否守恒。而这正是其次课时的内容。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 6 页,共 16 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名
16、师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -其次课时 教 学 目 标 1知道重力势能属于物体和的球构成的系统。2知道弹性势能属于构成弹簧的质点系统。3能判定一个详细的系统机械能是否守恒。4能处理单体机械能守恒的问题。教学重点 能判定一个详细的系统机械能是否守恒。 教 学 过 程 1重力势能属于物体和的球共有重力势能属于物体和的球构成的系统所共有,平常我们说一个物体的重力势能有多少,只是习惯上的说法,实际上指的仍是物体和的球所共有的机械能。如何懂得这句话了?如把的球移走,就物体不受重力作用, 更谈不上重力势能了。 重力势能是由物体与的球之间的相互作用力才产
17、生的,属于二者共有。2弹簧弹性势能属于构成弹簧的质点系统弹性势能与重力势能都与物体间的相对位置相关,因而又把势能称为位能。3给定范畴内的机械能守恒我们重新考虑上节课中涉及到的一个问题被压缩的弹簧将小球弹开的过程,如下列图。这次我 们把着眼点放在小球上:在弹簧向右弹开小球的过程中,小球的动能增加,重力势能没有发生变化,弹性势能又没有(小球可以看成质点,即其发生的形变可以忽视)因而它的机械能是逐步增加的。我们再看弹簧: 我们所说的弹簧一般指轻弹簧,因此它的动能和重力势能都是零。在将小球向右弹出时,弹簧的形变越来越小,因而弹性势能越来越小,机械能越来越小。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳
18、总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 7 页,共 16 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可是,上节课明明我们知道,机械能是守恒的。怎么现在来看,机械能又成了不守恒的了?(同学立刻会意识到, 这是我们只看小球或弹簧的结果,即我们是对某一范畴谈机械能守恒仍是不守恒的)上节课我们提到的机械能守恒,并没有是说在哪个范畴内守恒。而这节课我们看到, 假如划定范畴, 那么机械能有可能是不守恒的。在上面我们谈到的例子中:小球的机械能在增加,弹簧的机械能
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