《机械能守恒定律》教学设计Word下载.docx
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三、教学难点
1、机械能守恒的条件及对机械能守恒定律的理解。
2、正确分析物体系统内所具有的机械能,判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。
四、教学方法
演绎推理法、分析归纳法、交流讨论法、探究式教学法。
五、教学器材
钢球、塑料球、细线、小球、钉子,铁架台、弹簧振子,气垫导轨等。
六、教学过程
(一)引入新课
1、思考提问:
前几节我们学习了哪几种形式的能?
各怎么表示?
(学生回答)动能EK重力势能EP弹性势能EP
我们把这几种形式的能统称机械能
2、机械能
(1)、概念:
动能、重力势能和弹性势能统称机械能,某状态的机械能等于动能与势能之和。
(2)、表达式:
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。
(二)新课教学
一、动能与势能的相互转化
(1)创设情景:
列举生活中的实例(多媒体放课件),让学生试着分析在不考虑阻力的情况下,下面几种情况动能和势能是怎么转化的?
猜想动能和势能的总和有何特点?
【学生活动】学生看完每一幅画后,相互讨论,然后由学生代表发言,阐述各自的观点
【教师点评】上面几种情况都是动能和势能相互转化,如果在不考虑阻力的情况下,动能和势能的总和保持不变。
(2)演示实验1:
如图,用细线、小钢球、带有标尺的铁架台等做实验。
把一个小钢球用细线悬挂起来,把小钢球拉到一定高度的A点,然后放开,小钢球在摆动过程中,记住它向右能够达到的最大高度C点。
如果用尺子在某一点P挡住细线,看一看这种情况下小钢球所能达到的最大高度B点。
P
A
B
O
观察实验现象,回答下面问题:
①、第一次小钢球向右能够达到的最大高度C点与A点的高度有何关系?
如果用尺子在P点挡住细线,这种情况下小钢球所能达到的最大高度B点和A点的高度又有何关系?
②、分析小钢球从A点到最低点O以及从最低点O到C点(或B点)的运动过程动能和重力势能怎样转化?
③把钢球换成塑料球再做这个实验,观察小球能不能上升到C位置?
【学生活动】观察演示实验,思考问题,并选出学生代表发表见解。
【教师点评】实验证明,在没有空气阻力的情况下,也就是在只有重力做功时小球重力势能和动能在不断转化。
在摆动过程中,小球总能回到原来的高度。
可见,重力势能和动能的总和保持不变,即机械能保持不变。
(3)演示实验2:
如图,水平方向的带气垫导轨的弹簧振子,振子静止时在C点,把振子压到A点放手后,用弹簧振子演示动能和弹性势能的相互转化。
①、每次小球是否都能回到A点?
②、小球从A点到C点以及从C点到B点的运动过程中,动能和弹性势能是怎样转化的?
这个小实验说明了什么?
③如果把弹簧振子放在粗糙的桌面上,压缩到A点后松手,还能运动到B点吗?
【学生活动】观察演示实验,思考并找代表回答问题。
【教师点评】小球在没有阻力时往复运动过程中弹性势能和动能在不断转化。
小球在往复运动过程中总能回到原来的位置A点,可见,弹性势能和动能的总和保持不变,即机械能保持不变。
通过上述分析,我们得到动能和势能之间可以相互转化,那么在没有阻力的情况下动能和势能的转化过程中,动能和势能的总和是否真的保持不变?
下面我们就来定量讨论这个问题。
二、探究动能与势能转化规律
提出研究方法:
在探究物理规律时,应该是由简单到复杂,逐步深入,先对简单的物理现象进行探究,然后加以推广深化。
在动能与势能转化的情景中,自由落体(只受重力)应该是比较简单的。
(1)创设情境(用多媒体放课件)
自由下落的小球
引导学生自主探究,如图所示,小球下落过程中经过高度h1的A点速度v1,经高度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。
【学生活动】
教师和学生一起一步一步分析推导过程,用多媒体出示出来,让学生和自己的推导过程进行对比。
(2)分析推理:
A点到B点,
由重力做功和重力势能变化的关系,得:
由上二式,得:
①
移项后,得:
②
即
引导学生讨论表达式①的含义是什么?
表达式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。
【教师总结】在只有重力做功的物体系统内,物体的动能和重力势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。
(3)创设情境
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?
气垫导轨上的水平弹簧振子,结合前面已经探究过的弹力做功与弹性势能的关系,由同学讨论振动过程的能量转化,并试着进行分析推理。
(4)理论推理(老师和学生一起)
类比重力做功,进行分析。
又
则
结论:
只有弹力做功时,系统机械能守恒.
⑸分析守恒条件,归纳结论
在只有重力和弹力做功的物体系统内,动能和势能可以互相转化,而总的机械能保持不变
(6)引导学生分析结论,加深理解
“在只有重力或弹力做功的物体系统内”是机械能守恒的条件
“而总的机械能保持不变”是结论
“动能和势能可以互相转化”是系统内重力或弹力做功的结果。
从能量转化角度看,机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律的一种特殊情况。
条件:
只有重力或弹簧弹力做功的物体系统内。
公式:
(
)(板书)
这就是咱们今天研究的机械能守恒定律(书写)
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,物体的动能和势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。
(2)表达式:
①
即
②
③
(3)条件:
只有重力(或弹力)做功的物体系统内
【教师点评】对机械能守恒定律条件的理解:
(1)、只受重力或弹力;
(2)、除受重力或弹力外,还受其它力,但其它力不做功或其它力所做功代数和为零
四、机械能守恒定律的应用(多媒体出示)
1、分析下列情况下机械能是否守恒?
A.跳伞运动员从空中匀速下落过程
B.物体以8m/s2在空中下落过程
C.物体作平抛运动过程
D.物体在细线拉力作用下沿光滑斜面上滑过程
2、下列情况中,物体的机械能有可能不变的是
A.物体所受合外力为零,重力对物体做正功
B.物体所受合外力为零,重力对物体做负功
C.物体以5m/s2的加速度做直线运动
D.物体以不变的速率在竖直平面内做曲线运动
学生讨论并且找代表回答,教师进行点评。
通过以上两例具体问题,巩固对机械能守恒条件的理解和掌握。
例1中D选项用意是让学生清楚应该是系统内弹力做功机械能才守恒。
例2各选项的目的是让学生能联系各种实际的运动情景进行分析。
3、把一个小球用细绳悬挂起来,就成为一个摆,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?
【学生活动】学生先独立思考,然后在练习本上做题。
教师巡视指导,及时解决学生可能遇到的困难和问题。
(学生做完后,教师用多媒体投影正确的解题过程,并讲解做题的技巧和注意事项)
解题过程:
解:
选择小球在最低位置时所在的水平面为参考平面。
小球在最高点时为初状态
初状态的动能:
初状态的重力势能:
初状态的机械能:
小球在最低点时为末状态
末状态的动能:
末状态的重力势能:
末状态的机械能:
根据机械能守恒定律得:
所以
【教师点评】用机械能守恒定律解题时,先选取研究对象,再根据机械能守恒的条件判断运动过程中机械能是否守恒,若守恒,最后由机械能守恒定律列方程求解。
五、机械能守恒定律解题的一般步骤:
(师生共同总结)
(1)、根据题意选取研究对象
(2)、明确研究对象的运动过程,分析对象在过程中的受力情况,弄清各力做功的情况,判断机械能是否守恒。
(3)、恰当地选取零势能面,确定研究对象在过程中的始态或末态的机械能。
(4)、根据机械能守恒定律的不同表达式列方程求解。
六、课堂小结
七、教学设计说明
(1)本节课按照“情景——探究一一应用”的模式展开,具体做法是:
引导和提出要探究的问题后,先让学生做出猜测,之后通过演示实验进行检验,在实验数据分析的基础上,再让学生进一步做出推测,最后对所涉及的实例进行综合分析得出机械能守恒定律。
(2)本节课充分尊重学生学习概念的过程,即以归纳、概括为主的思维过程。
它不是机械地重复历史中的“原始创造”,而是根据学生自己的体验,用他们自己的思维方式,重新建构有关物理知识,即学生的“再创造”过程。
(3)本节课充分重视实验的作用,以加强学生的体验,从而帮助学生自主建构知识。
(4)本节课充分理顺知识逻辑关系,为学生的学习铺设台阶。
(5)本节课注重体现探究式,归纳式教学方法.除上述提到的知识、过程外,本节课还努力潜移默化地渗透情感态度与价值观的教育。
八、板书设计:
第八节:
机械能守恒定律
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,物体的动能和势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。
2、对象:
相互作用的物体系统内
3、表达式:
①
4、条件:
只有重力(或弹簧弹力)做功
九、作业布置:
课本72页第2、3、4题
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