2020年北京海淀区高一物理教研：人教版（2019）必修第二册第八章机械能守恒定律 教材分析及教学建议 课件(共148张PPT).pptx

《2020年北京海淀区高一物理教研：人教版（2019）必修第二册第八章机械能守恒定律 教材分析及教学建议 课件(共148张PPT).pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020年北京海淀区高一物理教研：人教版（2019）必修第二册第八章机械能守恒定律 教材分析及教学建议 课件(共148张PPT).pptx（148页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、机械能守恒定律教材分析及教学建议,2020年海淀区高一物理教研,本章概述,课标和核心素养要求,学情分析和学史简介,课时教学建议,能量的概念、功和能的关系以及不同形式的能相互转化和守恒的规律,贯穿在全部物理学中,是自然界最普遍、最重要的规律之一。,本章是运动学和动力学知识的进一步综合应用，也是后续学习内能、电能等不同形式的能量转化规律的起点。今后除了运用牛顿运动定律和运动学的知识,还可以从能量的观点和守恒的观点来分析问题,特别是解决变力做功和曲线运动的问题会更加方便,为解决物理问题开辟了新的途径。,本章学习功、功率、动能、势能和机械能的概念,体会功是能量转化的量度,学习用动能定理和机械能守恒定律

2、解决实际问题。,哲学观点,跨学科的宏观认识,学科视角的核心概念和规律,基础知识、基本概念,能量观、守恒观,教学的起点在哪里？,初中学习了功、功率、动能、势能、机械能的概念，以及功和功率的计算。,把概念教学放在历史发展的背景中，帮助学生充分认识人类对于自然规律的探索不可能超越时代，科学的发展总是伴随着生产力的发展和生产关系的变化，科学发现具有时代性，避免把科学教育简单和肤浅地等同记忆知识和做题。,物理学史：能量概念是人类在追寻“守恒量”的过程中发展而来；功的概念起源于工业革命中比较蒸汽机效率的需要,十九世纪后半页,1853年W汤姆逊精确定义了“能量”1860年广泛认可科学基石1885年恩格斯改为

3、能量守恒与转化定律,物理学史：能量概念是人类在追寻“守恒量”的过程中发展而来；功的概念起源于工业革命中比较蒸汽机效率的需要,2.1.1理解功和功率，了解生活生产中常见机械的功率大小及其意义.例1分析物体移动的方向与所受力的方向不在一条直线上时，该力所做的功。例2分析汽车发动机的功率一定时，牵引力与速度的关系。2.1.2理解动能和动能定理，能用动能定理解释生产生活中的现象。例3根据牛顿第二定律推导出动能定理。,2.1.3理解重力势能，知道重力势能的变化与重力做功的关系，定性了解弹性势能。2.1.4通过实验验证机械能守恒定律，理解机械能守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性，能用机械能守恒定

4、律分析生活生产中的有关问题。活动建议：通过查阅资料、访问有关部门，收集汽车刹车距离与车速关系的数据用动能定理进行解释。,1、物理观念能量观的核心内容是：自然界中一切物质都具有能量；能量的大小可以用功来量度；能量有不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体传递到另一个物体；在能量转化和传递的过程中，各种形式能量的总量保持不变。能量的转化和转移具有方向性。,帮助学生建立能量观，建立“可以通过做功的多少，定量地研究能量及其相互转化”的观念，进而理解机械能守恒定律。,2、科学思维模型建构：实际问题抽象成物理模型微元和累积思想：变力做功，曲线运动中做功，化变为恒。极限方法：从平均功率到瞬

5、时功率类比：类比研究重力势能的研究方法研究弹性势能认识角度：不仅可以研究力的瞬时作用效果，还可以研究其在空间的积累效果。演绎推理：专门安排了科学方法栏目，介绍演绎推理方法。在动能定理、机械能守恒定律的推导过程中，体会演绎推理方法。,3.科学探究培养学生的问题意识爱因斯坦说：“提出一个问题比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，新的理论，从新的角度去看待旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”每节的问题情境：学生基于观察引发思考，从被动思考教材提出的问题，发展到主动提出需要研究的问题。你还想了解（研究）什么？,3.科学探究*探

6、究弹性势能的表达式：借助匀变速直线运动的速度时间图像“面积”表示位移的方法，探究弹力做功和弹性势能的表达式。化变为恒思想和微积分思想。,验证机械能守恒定律：明确实验需要测量的物理量，设计实验方案。使用实验器材进行实验并获得数据，通过对数据的分析发现其中的特点，进而归纳出实验结论，并尝试对其作出解释。能撰写简单的实验报告。,4.科学态度与责任,4.科学态度与责任了解科学技术与社会的关系，科学技术对自然环境和可持续发展的影响，帮助学生形成可持续发展的理念。通过守恒的观念体会自然规律简洁和谐之美。学习尊重事实，敢于质疑，善于反思，勇于创新，实事求是，团结协作的科学精神。,基于核心素养发展的教学策略：

7、从学生已有认知作为教学起点，布置预习作业，自主学习，做出本章知识结构图或思维导图。构建适合学生发展、满足学生需求的整体性学习内容和学习活动单元教学设计。以问题引领或任务驱动创设真实的学习情境。让学生经历概念、规律的建构过程，发展学生的科学思维和探究能力。让学生解决真实的物理问题，从中认识物理学的价值及其与生活、社会、科技、环境之间的联系，培养学生的科学态度与责任。,1、功和功率2课时2、重力势能1-2课时3、动能和动能定理2课时4、机械能守恒定律2课时5、实验：验证机械能守恒定律1课时复习1-2课时,教学目标：1理解功的概念，掌握计算功的公式W=Flcos。2知道功是标量，理解正功和负功的物理

8、意义。3知道求几个力总功的计算方法。,1.功的定义2.做功的两个要素：力和沿力的方向的位移3.表达式：W=Fl4.功的单位：焦耳用1N的力使物体在该力方向上发生1m的位移所做的功等于1J,【预习作业、复习引入】,F,问：关于做功，你还想了解什么？,l,F,引导学生分析画图,问题一：如果力的方向与位移方向成一定角度，如何求该力做的功？,一、求功公式,W=W1=F1l=Flcos,W=W1=Fl1=Flcos,一、求功公式,“功”是对“力”而言的，是力在空间积累的过程。,当研究对象是质点时，位移是指物体（或力的作用点）的位移，且是相对某参考系而言的。,W=Flcos,条件：恒力做功,一、求功公式,

9、力与位移的夹角,乘积定义法,二、正功与负功,W=Flcos,功的正负实质上反映了做功过程中物体间能量转化的“方向”,促使物体运动的作用,阻碍物体运动的作用,注意：“做功”的主体是“力”，而不是“物体”。新教材不再使用“物体克服某力做功”的说法，而统一说“力对物体做负功”。,【难点突破功是标量】,例题：在光滑水平地面上，物体受到两个沿水平方向、互相垂直的大小分别为3N和4N的恒力，从静止开始运动10m，求每个力做的功和合力做的功。,W1=F1lcos=310cos53=18J,W2=F2lcos=410cos37=32J,W合=Flcos=510=50J,问题二：功是矢量还是标量？,（1）先求出

10、各个力所做的功，则总功等于各个力所做功的代数和。W总=W=W1+W2+Wn（2）先求出这几个共点力的合力，则总功等于合力所做的功。W合=F合lcos,求总功的方法,【难点突破功是标量】,两个互相垂直的力F1和F2作用在同一物体上，使物体运动，如图所示物体通过一段位移时，力F1对物体做功4J，力F2对物体做功3J，则力F1和F2的合力对物体做功为（D）A3JB4JC5JD7J,巩固练习,【难点突破功是标量】,用手拉一小物体在水平面上做半径为R的圆周运动,滑动摩擦力的大小为Ff,在小物体运动一周的过程中,摩擦力Ff做的功为多少?分析:恒力做功W=Flcos;变力做功先微元分段后累积求和在极小的s内

11、W=-Ffs运动一周W总=-Ff2R,s,问题三：如何求变力的功？,【难点突破变力做功】,练习1.足球运动员用100N的水平力将质量为0.5kg的足球踢出，足球沿水平地面前进了40m，则运动员对足球所做的功为A.4103JB.196JC.0D.条件不足，无法判定.,考察要点:W=Fxcos，其中的x必须为F作用下的位移.,【D】,练习2.质量为m1的物体,在水平力F1的作用下,沿光滑的水平面移动了距离s,质量为m2的物体,在水平力F2的作用下,沿粗糙的水平面移动了相同的距离.m1W2B.W1=W2C.W1W2D.无法判定.,【B】,考察要点：功与运动状态、运动形式无关,练习3质量m=2.0kg

12、的物体自H=1.6m高处下落，与地面碰撞后竖直上升h=1.0m,若空气阻力恒为重力的0.1倍，g取10m/s2，求全程重力和阻力做的功是多少？,练习功的公式、认识空气阻力始终对物体做负功,12J5.2J,练习4.质量为m的物体,放在倾角为的光滑的斜面上,用水平力F推斜面体使物体和斜面体保持相对静止,以共同加速度a运动,前进的位移为s.这一过程中斜面对物体支持力做的功为0B.masC.mgssincosD.mgstan,【BD】,教学目标：1掌握功率的概念，会运用极限思想得到瞬时功率的表达式P=Fvcos。2关注生产生活中常见机械做功功率大小及其意义。3能分析汽车发动机功率一定时，牵引力与速度之

13、间的关系，并能分析解释实际生活中的现象。,1.功率意义:2.功率定义:3.功率的公式:4.单位:,描述做功快慢的物理量,功和完成这些功所用的时间的比值,在国际单位制中:瓦(W),【预习作业、复习引入】,比值定义法,一、功率,二、平均功率和瞬时功率,平均功率,瞬时功率P=Fcos,引导学生认识公式中时间间隔极小，平均功率可看做瞬时功率,极限思想,例1.一个m=2kg的物体自由下落,求经过t=4s重力的平均功率和4s末重力的功率?（g=10m/s2）,答案：400W800W,练习功率的公式，区别瞬时功率与平均功率,例2.质量为m=4.0kg物体A自倾角为=370的斜面上的A点由静止滑下，滑行x=8

14、.0m后到达B点，已知物体与斜面间的动摩擦因数为0.25。求：在此过程中重力的功率和到达B点时重力的功率。（g=10m/s2）,学生注意瞬时功率的cos,三、机械的功率,1.额定功率:机械正常工作状态下能输出的最大功率,实际功率:机械工作时实际输出的功率,实际功率一般小于或等于额定功率,演示实验：了解小型电动机的机械功率和机械效率,电动机,2.交通工具的发动机的牵引力做功的功率P=F牵,三、机械的功率,以往教学：讲授汽车恒功率和恒加速度两种启动方式。新教材：两种启动方式不符合实际情况，讨论意义不大，同时减轻学生的学习负担。,新课标：分析汽车发动机的功率一定时，牵引力与速度的关系。,三、机械的功

15、率,例1：汽车的质量m=2103kg,额定功率为80103W,汽车保持该功率从静止开始行驶,设汽车所受阻力恒为F阻=4103N。求:(1)汽车行驶能达到的最大速度;(2)汽车速度为10m/s时的加速度。,问题引领：1.开始时牵引力F和阻力的关系怎样？2.启动后牵引力F怎样变化?3.加速度怎样变化?4.汽车做什么运动?5.当F=f时,汽车做什么运动?,三、机械的功率,三、机械的功率,三、机械的功率,发动机扭矩是活塞运动带动曲轴端输出的力矩，衡量发动机动力的（牵引力）大小。扭矩和功率要经过变速器及传动系统传递到车轮。,例2.汽车上坡时，司机往往换低档，其目的是A.减小速度,得到较小的牵引力.B.增

16、大速度,得到较小的牵引力.C.减小速度,得到较大的牵引力.D.增大速度,得到较大的牵引力.,1、在功率P一定的条件下，减小速度，就得增大牵引力.2、如果速度不变,要增大牵引力,必须怎样?,【C】,三、机械的功率,P=F牵,练习：起重机以a=2m/s2的加速度将质量为m=5102kg的重物由静止开始匀加速向上提升,不计空气的阻力,g=10m/s2.求(1)2s内起重机对重物做功平均功率.(2)2s末起重机对重物做功瞬时功率.(3)重物匀加速上升过程中,起重机做功的瞬时功率如何变化？,1.2104W2.4104W,增大,解放型蒸汽机车,速度每小时80公里共制造455台,1804年，由英国的矿山技师

17、德里维斯克利用瓦特的蒸汽机造出了世界上第一台蒸汽机车，时速为5至6公里。因为当时使用煤炭或木柴做燃料，所以人们都叫它火车，新中国成立后，铁路运输事业迅速发展，中国的蒸汽机车开始自行设计新型机车。车型有：前进、人民、上游、反帝、解放、胜利、建设等。,上游型蒸汽机车,速度每小时80公里1996年停止生产共制造1769台,自主学习：火车的发展历程第一阶段蒸汽机车,1958年中国第一台自己制造的内燃机车,1924年，苏联制成一台电力传动内燃机车。中国从1958年开始制造内燃机车，先后有东风型等3种型号机车最早投入批量生产。内燃机车以柴油作为原动力。内燃机车型号有：巨龙、飞龙、卫星、建设、先行、东方红、

18、北京、长征、东风等系列,1959年试制，1964年批量生产最大速度每小时140公里,东方红型内燃机车,自主学习：火车的发展历程第二阶段内燃机车,韶山1型电力机车,1969年开始批量生产，到1988年止，共生产826台最大速度每小时90公里韶山1型电力机车获全国科学大会奖已经成为电力机车中的一个黄金经典,1842年苏格兰人R.戴维森首先造出。中国于1958年制成第一台韶山型电力机车。电力机车具有功率大、牵引力大、速度快、维修量少、运营费用低以及节约能量等优点。电力机车有：韶山、神州、先锋、和谐等,韶山8型电力机车,1994年10月成功试制两台，1997年开始批量生产最大速度每小时170公里是当时

19、全中国速度最快的铁路机车,自主学习：火车的发展历程第三阶段电力机车,中国标准动车组复兴号,日本、德国、法国、中国是当今世界高速火车技术发展水平最高的4个国家。,2008年8月1日，中国第一条完全自主知识产权的京津城际铁路开通运营。2009年12月26日世界上里程最长、工程类型最复杂的武广高铁开通运营。运行时速达到350公里，相当于波音飞机的起飞速度，武广高铁时速创下世界之最，知识产权创造多项世界第一。,自主学习：火车的发展历程第四阶段高速列车,教学目标：1通过不同路径重力做功的分析，归纳出重力做功与路径无关的特点。2理解重力势能的表达式，通过重力做功与重力势能变化的关系，体会功能关系。3知道重

20、力势能的大小与参考平面的选取有关，即重力势能具有相对性，但重力势能的变化与参考平面的选取无关。4了解弹性势能的决定因素*5探究弹簧的弹性势能表达式,一、重力做功的特点,WG=mgh1+mgh2+mgh3+,A,B,m,h1,h2,只跟它的起点和终点的位置有关,跟物体运动的路径无关。,引导学生三种不同路径求重力对物体做的功,WG=mgh,WG=mglcos=mgh,=mgh,WG=mgh=mgh2-mgh1,（1）定义：物体的重力势能等于物体所受的重力跟它的高度的乘积。（2）表达式：EP=mgh（3）单位:J（4）重力势能是标量（5）重力势能是物体与地球组成的系统共有的,二、重力势能,重力做正功

21、,重力势能减少。重力做负功,重力势能增加。,（6）重力势能与重力做功的关系：,WG=-Ep,二、重力势能,练习1.质量为m=0.1kg的小球,用长为L=1m的轻绳固定于O点.将绳拉至与竖直方向成=600静止释放,求小球运动到最低点的过程中（1）重力做的功.（2）重力势能变化量.,600,A,B,O,WG=mgh=mgL(1-cos)=0.5JEP=EpB-EpA=-0.5J,小球质量m=1.0kg,从位置1至位置2的过程，h1=3m,h2=1m，g=10m/s2。,三、重力势能具有相对性,重力势能的大小跟参考平面的选取有关重力势能是相对的重力势能的变化是绝对的,三、重力势能具有相对性,四、弹性

22、势能,（1）定义：发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有弹力的相互作用，也具有势能，这种势能叫做弹性势能。（2）表达式：EP=？（3）单位:J（4）弹性势能是标量（5）弹性势能是整个弹簧系统共有的,四、弹性势能,【探究1】弹簧的弹性势能与哪些物理量有关？,类比探究,k一定时，l越大，弹性势能越大l一定时，k越大，弹性势能越大,伸长量l，劲度系数k,【探究1】弹簧的弹性势能与哪些物理量有关？,重力势能,类比探究,【探究2】怎样得到弹性势能的表达式呢？,弹簧弹力做功？,弹簧弹力做功的特点,WG=mgh1-mgh2=Ep1Ep2,A,B,m,h1,h2,重力做功的特点,A,O,类比探究,【探究3】弹

23、力做功的特点是什么？,从A到B弹力对手做负功从B到A弹力对手做正功,微分思想,化变为恒,弹簧从A到B再从B回到A过程做功如何？,做功为0,A,WG=mgh1-mgh2=Ep1Ep2,A,B,m,h1,h2,只跟起点和终点的位置有关,跟物体运动的路径无关。,A,O,能不能找到弹力的功？W弹=Ep1Ep2,类比探究,【探究3】弹力做功的特点是什么？,A,O,【探究4】推导弹簧拉力做功的表达式,累积求和WF1l1F2l2F3l3,积分思想,微分思想化变为恒,在各个小段上，弹力可近似认为是不变的,把弹簧从A到O的过程分成很多小段,W1F1l1,W2F2l2,W3F3l3,如何求匀变速运动位移？,类比探

24、究,拉力所做的功等于图线与横轴所围的面积,W=“面积”,F=kl,【探究4】推导弹簧拉力做功的表达式,初态的弹性势能,末态的弹性势能,【探究5】如何从弹力的功得出弹性势能表达式？,W弹=Ep1Ep2,弹性势能,-0,弹力做正功,弹性势能减少。弹力做负功,弹性势能增加。,2、弹性势能与弹簧弹力做功的关系：,W弹=-Ep,四、弹性势能,1、弹性势能,弹力做正功,弹性势能减少。弹力做负功,弹性势能增加。,2、弹性势能与弹簧弹力做功的关系：,W弹=-Ep,四、弹性势能,1、弹性势能,练习1.关于弹性势能，下列说法中正确的是：A.任何发生弹性形变的物体都具有弹性势能B.任何具有弹性势能的物体，都一定是发

25、生了弹性形变C.物体只要发生形变就一定有弹性势能D.弹簧的弹性势能只跟弹簧的形变量有关,练习2.在一次“蹦极”运动中，人由高空跃下到最低点的过程中，下列说法正确的是：A.重力对人做正功B.人的重力势能减小了C.“蹦极”绳对人做正功D.“蹦极”绳的弹性势能增加了,教学目标：1、通过力对物体做功的分析，确定动能的表达式，加深对功能关系的理解。2、能够从功的表达式、牛顿第二定律与运动学公式推出动能定理。3、理解动能定理，能用动能定理解释生活生产中的现象或者解决实际问题。,重力势能,弹簧弹力做功,类比探究,一、动能,动能,创设物理情境,情景一：质量为m的物体在粗糙的水平面上，受到水平向右的恒力F的作用

26、下从A运动到B发生一段位移l，速度从v1增加到v2，试寻找这个过程中力做功与m、v的关系？,（教材是光滑，建议改为粗糙）,一、动能,拉力做功W1=Fl阻力做功W2=fl重力做功W3=0支持力做功W4=0,F合=ma,一、动能,情景二：质量为m的物体以速度v0冲上动摩擦因数为的斜面当上滑距离为x时，速度变为vt，试寻找这个过程中力做功与m和v的关系？,对比两情境的共同点，都有mv2/2，引出动能的表达式。,一、动能,末动能,外力做功,初动能,vt,1.定义：物体的动能等于它的质量跟它的速度平方乘积的二分之一.2.表达式：3.单位:J(1kgm2/s2=1Nm=1J)4.动能是标量,能量是指物体在

27、某位置或某时刻的状态量,一、动能,二、动能定理,1.内容：力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化即末动能减去初动能。,【探究】动能定理是否可以运用于曲线运动和变力做功？,情景三：质量为m的物体，以速度v0冲上曲面一段距离，速度变为vt,引导学生运用微元法和累计法，化变为恒的思想，把曲面分解为很多个小斜面。,二、动能定理,对每个小斜面列出动能定理（同情景二）,二、动能定理,1.内容：力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。,3.说明：（1）W是总功合力做的功或外力做功的代数和（2）计算功及动能都选地面为参考系；（3）适用于直线运动和恒力做功，也适用于曲

28、线运动和变力做功。,二、动能定理,1.内容：力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。,3.说明：（1）W是总功合力做的功或外力做功的代数和（2）计算功及动能都选地面为参考系；（3）适用于直线运动和恒力做功，也适用于曲线运动和变力做功。,二、动能定理,体现了力在空间上的累计效果是使物体动能发生变化。,三、动能定理的应用,1.确定研究对象。2.确定运动过程，明确物体运动的初、末状态。3.受力分析，明确各力对物体做功情况。4.分析物体初、末状态的动能。5.根据动能定理列方程求解(注意单位统一）。,解题基本步骤,动能定理不存在分量形式那些能用所谓的分量形式解出正确结果的题都有一个

29、共同特点，即参与做功的力是相互垂直的，或者分运动互相垂直。,例1.一个人站在距地面高h=15m处,将一个质量为100g的石块以10m/s的速度水平抛出,不计空气阻力,g取10m/s2。求石块落地时的速度大小。,用运动学公式求解用动能定理求解,三、动能定理的应用,例2.质量为m的小球,用长为l的轻绳悬挂于O点。小球在水平拉力F作用下,从平衡位置P点很缓慢地移动到Q点。则力F所做的功为()A.mglcosB.mgl(1-cos)C.FlsinD.Fl,B,W合=Ek,WF+WG=0,WF-mgh=0,WF=mgl(1-cos),如果改为用恒力F拉物体从P到Q,【C】,变力做功问题,三、动能定理的应

30、用,例3.汽车质量为m=2103kg,沿平直的路面以恒定功率20kW由静止出发,经过40s,汽车达到最大速度20m/s.设汽车受到的阻力恒定，求（1）阻力的大小.（2）这一过程牵引力所做的功.（3）这一过程汽车行驶的距离.,1.f=1103N2.W=8105J3.s=400m,三、动能定理的应用,例4.长为L的轻绳系住质量为m的小球，在竖直平面内做圆周运动，小球恰好通过最高点.因阻力作用,经过半周期,小球运动到最低点时对绳的拉力为5mg,求：（1）小球过最高点的速度.（2）小球过最低点的速度.（3）此过程中小球克服阻力做的功.,变力做功问题,mgL/2,三、动能定理的应用,复习圆周运动知识，着

31、重分析对于“状态”运用什么规律？对于“过程”运用什么规律？,例5.在距离地面高度H处,一质量为m的小钢球自由下落,落地后小钢球陷入泥土中的深度为h,求泥土对小钢球的平均阻力大小。,多过程问题,锻炼学生选择研究过程,三、动能定理的应用,例6：在水平的冰面上,以大小为F=20N的水平推力,推着质量m=60kg的冰车,由静止开始运动.冰车受到的摩擦力是它对冰面压力的0.01倍,当冰车前进了s1=30m后,撤去推力F,冰车又前进了一段距离后停止.取g=10m/s2.求1.撤去推力F时的速度大小.2.冰车运动的总路程s.,3.74m/s,100m,多过程问题,三、动能定理的应用,1.用牛顿运动定律求解.

32、2.分别从1-2;2-3两个过程用动能定理求解.3.从1-3整个过程用动能定理求解.,多过程问题,三、动能定理的应用,例7.粗糙的1/4圆弧的半径为0.45m，有一质量为0.2kg的物体自最高点A从静止开始下滑到圆弧最低点B时，然后沿水平面前进0.4m到达C点停止.设物体与轨道间的动摩擦因数为0.5(g=10m/s2)求：（1）物体到达B点时的速度大小.（2）物体在圆弧轨道上克服摩擦力所做的功.,2.0m/s,0.5J,变力做功问题,三、动能定理的应用,例8.质量为m的物体从高为h的斜面上由静止开始下滑,经过一段水平距离后停止,测得始点与终点的水平距离为s,物体跟斜面和水平面间的动摩擦因数相同

33、,求证:=h/s,h,s,WG=mghWf=Wf1+Wf2=mgsWG+Wf=0,多过程问题,三、动能定理的应用,总结：求功的方法,1.W=Fscos(恒力做功)2.W=Pt(恒定功率)3.(恒力和变力)4.F-l图像的面积（示功图）,通过查阅资料、访问有关部门，收集汽车刹车距离与车速关系的数据用，动能定理进行解释。,活动建议,教学目标：1.通过机械能守恒定律的学习，初步建立能量观念，体会守恒思想。2.会用能量观念分析具体事例中动能与势能，包括弹性势能之间的互相转化。3.理解机械能守恒定律的推导过程，会从做功和能量转化的角度判断机械能是否守恒4.能应用机械能守恒定律解决有关问题，体会利用机械能

34、守恒定律解决问题的便利性。,有一个事实，如果你愿意，也可以说是一条定律，支配着至今所知的一切现象这条定律就是能量守恒定律，它指出：有某个量，我们把它称为能量，在自然界经历的多种多样的变化中它不变化，那是一个最抽象的概念。1965年诺贝尔物理奖获得者理查德费恩曼,一、追寻守恒量,伽利略斜面实验（理想实验）,问题1：小球从光滑斜面A上某点滚下，滚上光滑斜面B的高度与它出发时高度相同的现象蕴含着什么深刻的规律？,有什么量是守恒的？,一、追寻守恒量,问题2：与伽利略理想斜面实验有何不同之处和相近之处？小球运动性质不同，受力情况不同，但小球都记得自己的起始高度守恒的思想这个重要的思想是牛顿的力和运动观没

35、有表达出来的。,演示实验:,一、追寻守恒量,问题3：在A-B和B-C过程中能量如何转化？小球在摆动中机械能守恒吗？为什么？,改变物理情境：问题4：若使小球紧贴黑板面摆动或者钢球换成泡沫小球为何不能摆到出发点高度？,突出守恒的条件,二、动能和势能的相互转化,演示实验:,引导学生提出各种物理情境，分析能量的转化1、自由落体运动2、抛体运动向上和向下过程3、弹簧拉着物体在光滑水平面往复运动4、弹簧拉着物体在竖直面往复运动,二、动能和势能的相互转化,潮汐发电：由于引潮力的作用，使海水不断地涨潮、落潮涨潮时，海水汹涌而来水位逐渐升高，动能转化为势能落潮时，海水奔腾而去，水位陆续下降，势能又转化为动能海水

36、在运动中所具有的动能和势能统称为潮汐能潮汐发电就是在有潮汐海湾或河口建筑一座拦水堤坝，形成水库，并放置水轮发电机组，使海水通过水轮机时推动水轮发电机组发电潮汐发电的优点是成本低，每度电的成本只相当火电站的八分之一1913年德国在北海海岸建立了世界上第一座潮汐发电站。我国大陆海岸线长，潮汐能资源丰富1957年山东建成了第一座潮汐发电站,二、动能和势能的相互转化,撑杆跳运动：如图所示表示运动的几个阶段：助跑、撑杆起跳、越横杆，定性说明几个阶段中能量的转化情况。,助跑阶段：身体中的化学能转化为人和杆的动能；起跳时：运动员的动能和身体中的化学能转化为人的重力势能和杆的弹性势能；继续上升阶段：杆的弹性势

37、能转化为人的重力势能；越过横杆后：运动员的重力势能转化为动能。,二、动能和势能的相互转化,情景1：物体沿光滑斜面滑下,重力势能的变化和动能的变化之间的定量关系.,三、机械能守恒定律,hB,由动能定理,关键：受力分析,N,G,情景2：单摆重力势能的变化和动能的变化之间的定量关系.,分析两例中共性的特征：只有重力做功。（不是只受重力）,结论：在只有重力做功的系统内，动能与重力势能可以相互转化，而总机械能保持不变,由动能定理,三、机械能守恒定律,情景3：在光滑平面上物体和弹簧组成的系统（水平弹簧振子）,三、机械能守恒定律,B到A:势能减少,动能增加,A到C:动能减少,势能增加,A位置：动能最大,势能

38、为零,B位置：势能最大,动能为零,C位置：势能最大,动能为零,情景3：在光滑平面上物体和弹簧组成的系统,三、机械能守恒定律,由动能定理,B,三、机械能守恒定律,结论：在只有弹力做功的系统内，动能与弹性势能可以相互转化，而总机械能保持不变,三、机械能守恒定律,结论：重力和弹力做功的系统内，动能、重力势能与弹性势能可以相互转化，而总机械能保持不变。,情景4：在竖直面物体和弹簧组成的系统,1.内容:在只有重力或弹力做功的物体系统内,势能和动能可以相互转化,而机械能的总和保持不变.,2.表达式:（1）任意两个时刻系统的机械能相等（守恒的角度）Ek1+Ep1=Ek2+Ep2（2）系统动能的增加量等于势能

39、的减少量（转化的角度）Ek=-Ep*（3）对于两个物体组成的系统,一个物体增加的机械能等于另一物体减少的机械能（转移的角度）EA=-EB,三、机械能守恒定律,关于机械能守恒的条件：原来教材：只有重力或弹簧弹力做功现在教材：只有重力或弹力做功大学教材：系统所受外力和非保守内力不做功，只有保守内力做功。,3.守恒条件：只有重力（或弹力）做功无机械能与其它形式能的转化（如光滑、不计空气阻力）,三、机械能守恒定律,例1：判断下列过程中，机械能是否守恒（均不计空气阻力）A、被起重机吊起的货物正在匀速上升B、物体做平抛运动C、物体沿斜面匀速下滑D、一个轻质弹簧上端固定，下端系一重物，重物沿竖直方向做上下振

40、动,BD,判断机械能守恒的条件,例2.下列说法是否正确,说明理由.A.物体做匀速运动,机械能一定守恒.B.物体所受合力等于零,机械能一定守恒.C.物体所受合力的功等于零,机械能一定守恒.D.物体所受合力的功不等于零,机械能可能守恒.,【D】,分析运用判断机械能守恒的条件区分动能定理与机械能守恒,判断机械能守恒的条件,例3.游乐场的过山车可以底朝上在圆轨道上运行,游客却不会掉下来,我们把这种情况抽象成模型:弧形轨道的下端与竖直圆轨道相接,使小球从弧形轨道上端滚下,小球进入圆轨道下端后沿圆轨道运动。实验发现只要h大于一定值,小球就可以顺利通过圆轨道的最高点。如果已知圆轨道的半径为R,h至少要多大?

41、(不计摩擦阻力),三、机械能守恒定律,三、机械能守恒定律,应用机械能守恒定律解题的步骤,1.选定研究对象和研究过程.2.分析各力对物体做功情况，判定机械能是否守恒.3.选定参考平面，确定初、末状态的机械能.4.根据机械能守恒定律列方程.,三、机械能守恒定律,例4在高度h=0.8m的水平光滑桌面上，有一轻弹簧左端固定，质量为m=1kg的小球在外力作用下使弹簧处于压缩状态，当弹簧具有4.5J的弹性势能时，由静止释放小球，将小球水平弹出，如图所示，不计空气阻力，求小球落地时速度大小?,对弹簧+球（+地球）由机械能守恒,对球，由动能定理,不要急于求成，定性分析为什么单个物体机械能不守恒,四、系统机械能

42、守恒（选讲）,演示实验,四、系统机械能守恒（选讲）,演示实验,四、系统机械能守恒（选讲）,演示实验,四、系统机械能守恒（选讲）,F,G,T,v,五、功能原理（选讲）,思考:机械能的变化量是由什么力做功量度?由动能定理：W合=WG+W弹+W非=EkW非=Ek-WG-W弹W非=Ek+Ep+Ep弹W非=E,W非是除重力和弹力（非保守力）之外的力做功,五、功能原理（选讲）,总结功能关系：功是能量转化的量度,教学目标：1、理解验证机械能守恒定律的原理，会设计实验方案，确定需要测量的物理量，采用正确的方法测量相关的物理量。2、能控制实验条件，正确进行实验操作，获取物体下落的高度和速度大小等数据，会分析动能

43、增加量小于重力势能减小量的原因，并采取相应的措施以减小实验误差。3、树立实事求是的科学态度，培养认真严谨的科学精神。,高考实验:,培养实验能力:,正确选择和使用仪器的能力,掌握实验原理和设计实验的能力,处理数据、误差分析和得出实验结论的能力,对实验方案评价的能力,实验方案设计,问题1：机械能守恒的条件是什么？答：物体只有重力或者弹力做功问题2：创设一个机械能守恒的物理情境？答：自由落体运动、物体在光滑斜面下滑、平抛运动、细绳拉球在竖直平面圆周运动、弹簧拉着物体再光滑水平面往复运动等问题3：如果选择自由落体实验需要测量哪些物理量？答：速度和下落高度问题4：速度测量有哪些方法？答：利用打点计时器和

44、纸带、传感器、光电门,问题5：利用打点计时器和纸带，需要哪些实验器材？问题6：重物下落过程除重力外会受到哪些阻力？怎样减少这些阻力对实验的影响？答：空气阻力、纸带与打点计时器的摩擦阻力、振针打点的阻力。选用密度较大的重锤，保证打点计时器工作面竖直。问题7：接通电源和释放纸带的顺序怎样？答：先通电源，再释放纸带，提纸带的手要稳。问题8：需要测量物体的质量吗？答：不需要，不用知道动能和势能的具体数值。,实验方案设计,实验方案设计,重点评价学生以下方面：,1、物理情境或者运动模型是什么？需要哪些器材？2、需要测量物理量是什么？3、需要的测量工具有什么？4、如何创造实验条件，保证验证成功？5、如何减小

45、实验系统误差?意在培养学生如何创设实验环境，如何科学地寻求物理量之间的关系。学生在交流中互相学习和借鉴，体会创新思维。未来社会学生所面临的问题都是新的，只有具备了探究的基本方法，新问题才能在已经形成的能力的基础上得到解决。,数据处理,1.纸带的选择：,2.数据的测量：,先测量出各点到起点O的距离,再求出各点的速度,第一、二两点之间距离接近2mm,3.验证：数据比较法和图像法（并非图线过原点就能证明守恒，还要求出斜率2g）,4.误差分析,学习设计数据表格,表格设计的好会促使实验和谐顺畅,在实验操作阶段一边做实验，一边记录数据。数据表格一般由表头和空格组成，包括自变量和因变量，或者需要研究的物理量

46、，如果某些物理量不能直接测量，还需要由直接测量量经计算得到。,撰写实验报告,利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验。为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的_。A动能变化量与势能变化量B速度变化量与势能变化量C速度变化量与高度变化量除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是_。A交流电源B刻度尺C天平（含砝码）,AAB,16年北京高考题,实验中，先接通电源，再释放重物，得到图3所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g，打点计时器

47、打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量Ep=_，动能变化量Ek=_。,16年北京高考题,大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是_。A利用公式计算重物速度B利用公式计算重物速度,C存在空气阻力和摩擦阻力的影响D没有采用多次实验取平均值的方法,16年北京高考题,某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2-h图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒。请你分析论证该同学的判断依据是否正确。,该同学的判断依据不正确。在重物下落h的过程中，若阻力f恒定，根据,可知，v2-h图像就是过原点的一条直线。要想通过v2-h图像的方法验证机械能是否守恒，还必须看图像的斜率是否接近2g。,16年北京高考题,