高一年級(jí)物理機(jī)械能守恒定律

1、機(jī) 械 能 守 恒 定 律使用教材：高級(jí)中學(xué)課本物理第三冊(cè)（選修），人民教育出版社教學(xué)目標(biāo)：、學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律及掌握應(yīng)用機(jī)械能守恒定律分析、解決問(wèn)題的基本方法。、學(xué)習(xí)從功和能的角度分析、處理問(wèn)題的方法，提高運(yùn)用知識(shí)綜合分析、解決問(wèn)題的能力。教學(xué)重點(diǎn)：掌握物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒的條件；能夠正確分析物體系統(tǒng)所具有的機(jī)械能。教學(xué)難點(diǎn)：、分析物體系統(tǒng)所具有的機(jī)械能，尤其是分析、判斷物體所具有的重力勢(shì)能。、正確選用機(jī)械能守恒定律解決問(wèn)題。同時(shí)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到從功和能的角度分析、解決問(wèn)題是物理學(xué)的重要方法之一。教具：演示物體在運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化用器材：?jiǎn)螖[、彈簧振子及多媒體電腦課件。教學(xué)過(guò)程說(shuō)明教學(xué)激發(fā)：

2、觀看實(shí)驗(yàn)：依次演示單擺和彈簧振子，提醒學(xué)生注意觀察物體運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能、勢(shì)能的變化情況。 小結(jié)：物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，隨動(dòng)能增大，物體的勢(shì)能減?。环粗?，隨動(dòng)能減小，物體的勢(shì)能增大。復(fù)習(xí)提問(wèn)：上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，物體的機(jī)械能是否變化呢？（見(jiàn)演示課件）一、新課教學(xué)：在觀察演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們從理論上分析物體動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的情況。先考慮只有重力對(duì)物體做功的理想情況。 、只有重力對(duì)物體做功時(shí)物體的機(jī)械能問(wèn)題：質(zhì)量為m的物體自由下落過(guò)程中，經(jīng)過(guò)高度h處速度為v，下落至高度h2處速度為v2，不計(jì)空氣阻力，分析由h1下落到h2過(guò)程中機(jī)械能的變化情況。分析：根據(jù)動(dòng)能定理，有：下落過(guò)程中重力對(duì)物體做功，重力做功在數(shù)值上等

3、于物體重力勢(shì)能的變化量。取地面為參考平面，有：WG=mgh1mgh2由以上兩式可以得到小結(jié)：下落過(guò)程中，物體重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，此過(guò)程中物體的機(jī)械能總量不變。問(wèn)題：上述結(jié)論是否具有普遍意義呢？請(qǐng)同學(xué)們進(jìn)一步分析物體做平拋和豎直上拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的情況。明確：可以證明，在只有重力做功的情況下，物體動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而機(jī)械能總量保持不變。建立具體情景，學(xué)生有了思維的依托，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行知識(shí)的正向遷移，并為學(xué)生的猜想提供了依據(jù)，激勵(lì)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，引導(dǎo)學(xué)生回答物體運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能、勢(shì)能變化情況，并作小結(jié)。引導(dǎo)學(xué)生思考分析并推導(dǎo)(讓學(xué)生獨(dú)立推導(dǎo)此定律，突出學(xué)生的主體地位，不僅能提高學(xué)生的推理能力，

4、而且也能使學(xué)生體會(huì)到成功的樂(lè)趣)引導(dǎo)學(xué)生分析式子所反映的物理意義，并小結(jié)問(wèn)題：在只有彈簧彈力做功時(shí)，物體的機(jī)械能是否變化呢？、彈簧和物體組成的系統(tǒng)的機(jī)械能以彈簧振子為例，簡(jiǎn)要分析系統(tǒng)勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。明確：進(jìn)一步定量研究可以證明，在只有彈簧彈力做功條件下，物體的動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，物體的機(jī)械能總量不變。綜上所述，可以得到如下結(jié)論：、機(jī)械能守恒定律（兩種表述方法）：在只有重力和彈力（彈簧）做功的情況下，物體的動(dòng)能和勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能總量保持不變。這個(gè)結(jié)論叫做機(jī)械能守恒定律。如果沒(méi)有摩擦和介質(zhì)阻力，物體只發(fā)生動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化時(shí)，機(jī)械能的總量保持不變。、機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用：解題

5、步驟：明確研究對(duì)象和它的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。分析研究對(duì)象的受力情況，判斷機(jī)械能是否守恒。確定對(duì)象運(yùn)動(dòng)的起始和終了狀態(tài)，選定零勢(shì)能參考平面，確定物體在始、末兩狀態(tài)的機(jī)械能選定一種表達(dá)式，統(tǒng)一單位，列式求解。機(jī)械能守恒定律的研究對(duì)象一定是系統(tǒng)，至少包括地球在內(nèi)。通常我們說(shuō)“小球的機(jī)械能守恒”就包括地球在內(nèi)，因?yàn)橹亓?shì)能就是小球和地球共有的，另外小球的動(dòng)能中用到的v，也是相對(duì)于地面的速度。當(dāng)研究對(duì)象只有一個(gè)物體時(shí)（地球自然包括在內(nèi)），往往用是否“只有重力做功”來(lái)判定機(jī)械能是否守恒；當(dāng)研究對(duì)象有多個(gè)物體在內(nèi)時(shí)，往往用是否“沒(méi)有摩擦和介質(zhì)阻力”來(lái)判定機(jī)械能是否守恒。各種不同的表達(dá)式：；既；。用時(shí)，需要規(guī)定重力勢(shì)能

6、的參考平面；用時(shí)則不必規(guī)定重力勢(shì)能的參考平面，因?yàn)橹亓?shì)能的改變量與參考平面的選取沒(méi)有關(guān)系。尤其是用增減，只要把增加的機(jī)械能和減少的機(jī)械能都寫出來(lái)，方程自然就列出來(lái)了。例、質(zhì)量為m小球從一定高處自由落下，落到直立的下端固定的彈簧上，請(qǐng)分析系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系。（見(jiàn)演示課件）問(wèn)題：系統(tǒng)中涉及幾種形式的能量？那些力對(duì)小球作了功？機(jī)械能守恒嗎？球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化情況？ 分析：找小球的平衡位置O點(diǎn)，取O點(diǎn)的重力勢(shì)能為零，在O點(diǎn)彈簧已有一定的壓縮，彈性勢(shì)能不為零，小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)平衡位置O點(diǎn)時(shí)速度最大，所以小球經(jīng)過(guò)平衡位置未講振動(dòng)，不必給出彈簧振子名稱，只需講清系統(tǒng)特點(diǎn)即可。學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律

7、，要能應(yīng)用它分析、解決問(wèn)題。下面我們通過(guò)具體問(wèn)題的分析來(lái)學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用。在具體問(wèn)題分析過(guò)程中，一方面要學(xué)習(xí)應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問(wèn)題的方法，另一方面通過(guò)問(wèn)題分析加深對(duì)機(jī)械能守恒定律的理解與認(rèn)識(shí)。引導(dǎo)學(xué)生思考分析動(dòng)能，重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能；只有重力和彈簧彈力做功；系統(tǒng)總的機(jī)械能守恒。點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能最大，重力勢(shì)能為零，彈性勢(shì)能不為零，小球位于點(diǎn)位置時(shí)，小球重力勢(shì)能最大，動(dòng)能、彈性勢(shì)能為零，小球位于點(diǎn)位置時(shí)，小球彈性勢(shì)能最大，動(dòng)能為零，重力勢(shì)能最小。例、小球沿光滑斜軌道由靜止開(kāi)始滑下，并進(jìn)入在豎直平面內(nèi)的離心軌道運(yùn)動(dòng)，如圖所示，為保持小球能夠通過(guò)離心軌道最高點(diǎn)而不落下，求小球至少應(yīng)從多高處開(kāi)始滑

8、下？已知離心圓軌道半徑為R，不計(jì)各處摩擦。問(wèn)題：小球能夠在離心軌道內(nèi)完成完整的圓周運(yùn)動(dòng)，對(duì)小球通過(guò)圓軌道最高點(diǎn)的速度有何要求？從小球沿斜軌道滑下，到小球在離心軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，小球的機(jī)械能是否守恒？如何應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決這一問(wèn)題？如何選取物體運(yùn)動(dòng)的初、末狀態(tài)？明確：小球能夠通過(guò)圓軌道最高點(diǎn)，要求小球在最高點(diǎn)必須具有一定速度，即此時(shí)小球運(yùn)動(dòng)所需向心力，恰好等于小球所受重力；運(yùn)動(dòng)中小球的機(jī)械能守恒；選小球開(kāi)始下滑為初狀態(tài)，通過(guò)離心軌道最高點(diǎn)為末狀態(tài)，研究小球這一運(yùn)動(dòng)過(guò)程。（見(jiàn)實(shí)物實(shí)驗(yàn)及演示課件）解：取離心軌道最低點(diǎn)所在平面為參考平面，開(kāi)始時(shí)小球具有的機(jī)械能E1=mgh。通過(guò)離心軌道最高點(diǎn)時(shí)，

9、小球速度為v，此時(shí)小球的機(jī)械能為。根據(jù)機(jī)械能守恒定律E1=E2，有 小球能夠通過(guò)離心軌道最高點(diǎn)，應(yīng)滿足 由以上兩式解得h5R/2 小球從h5R/2的高度由靜止開(kāi)始滾下，可以在離心圓軌道內(nèi)完成完整的圓周運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步說(shuō)明：在中學(xué)階段，由于數(shù)學(xué)工具的限制，我們無(wú)法應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決小球在離心圓軌道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。但應(yīng)用機(jī)械能守恒定律，可以很簡(jiǎn)單地解決這類問(wèn)題。例、如圖所示，、兩木塊質(zhì)量分別為m和2m，用一輕質(zhì)彈簧連在一起，放在光滑的水平面上，用一外力把兩木塊壓在墻上，請(qǐng)定性分析：（見(jiàn)演示課件）、 撤去外力后，木塊的最大速度？、 撤去外力后，木塊的最大速度？、 撤去外力后，系統(tǒng)質(zhì)心的運(yùn)行情況及速度？引導(dǎo)學(xué)

10、生思考分析。引導(dǎo)學(xué)生歸納分析的結(jié)果。讓學(xué)生自己推導(dǎo)計(jì)算二、鞏固練習(xí)：、下列過(guò)程中，機(jī)械能守恒的是：（ABD）A、物體做自由落體運(yùn)動(dòng)；B、用輕繩系一小球，給小球一初速度，使小球以另一端為圓心，在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，小球在做圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中；C、自由下落的炸彈在空中爆炸；D、物體以一定的初速度沖上光滑的斜面（以上均不計(jì)空氣阻力）。、將質(zhì)量相同的三個(gè)小球A、B、C在地面上方同一高度以相同的初速率拋出，A球豎直上拋，B球豎直下拋，C球水平拋出，不計(jì)空氣阻力，三個(gè)小球剛落在同一地面上，則下列說(shuō)法正確的是：（ADC）A、重力對(duì)三個(gè)小球做的功相同；B、三個(gè)小球落地速度相同；C、三個(gè)小球落地時(shí)動(dòng)能相同；D、三

11、個(gè)小球的機(jī)械能相同。、體積相同的木塊和鐵塊，它們的重心在同一水平面O上。關(guān)于它們的重力勢(shì)能的下列說(shuō)法中，正確的是（BCD）A、不管參考平面怎樣選取，鐵塊的重力勢(shì)能一定比木塊大B、若參考平面選取在O之上，鐵塊的重力勢(shì)能比木塊重力勢(shì)能小C、若參考平面選取在O之下，鐵塊的重力勢(shì)能比木塊重力勢(shì)能大D、重力勢(shì)能的正、負(fù)與參考平面的選擇有關(guān)、如圖10所示，長(zhǎng)度為l的輕彈簧和長(zhǎng)度為L(zhǎng) (L>l)的輕繩，一端分別固在同一高度的O點(diǎn)和O'點(diǎn)，另一端各系一個(gè)質(zhì)量為m的小球A、B。把它們拉成水平狀態(tài)，如圖10（甲）和（乙），這時(shí)彈簧未伸長(zhǎng)。由靜止釋放，到最低點(diǎn)，彈簧的長(zhǎng)度也等于L（在彈性限度內(nèi)），這時(shí)

12、A、B兩球在最低點(diǎn)的速度分別為vA和vB和，則：（ ）A、vA>vB；B、vA<vB；C、vA=vB；D、無(wú)法判定。三、課堂小結(jié)：、在只有重力做功的過(guò)程中，物體的機(jī)械能總量不變。通過(guò)例題分析要加深對(duì)機(jī)械能守恒定律的理解。、應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問(wèn)題時(shí)，應(yīng)首先分析物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是否滿足機(jī)械能守恒條件，其次要正確選擇所研究的物理過(guò)程，正確寫出初、末狀態(tài)物體的機(jī)械能表達(dá)式。、從功和能的角度分析、解決問(wèn)題，是物理學(xué)研究的重要方法和途徑。通過(guò)本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，逐步培養(yǎng)用功和能的觀點(diǎn)分析解決物理問(wèn)題的能力。、應(yīng)用功和能的觀點(diǎn)分析處理的問(wèn)題往往具有一定的綜合性，例如與圓周運(yùn)動(dòng)或動(dòng)量知識(shí)相結(jié)合，要注

13、意將所學(xué)知識(shí)融匯貫通，綜合應(yīng)用，提高綜合運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。由提問(wèn)學(xué)生回答，其它同學(xué)討論補(bǔ)充。培養(yǎng)學(xué)生積極參與的意識(shí)和合作精神。提示：若取水平面O為參考平面，則木塊和鐵塊的重力勢(shì)能相等，均為零，可見(jiàn)選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的。當(dāng)參考平面選在O之上，根據(jù)EF=mgh可知，木塊與鐵塊的重力勢(shì)能為負(fù)值；由m=v可知鐵塊的質(zhì)量大于木塊的質(zhì)量，所以鐵塊的重力勢(shì)能小于木塊。同理，當(dāng)參考平面選在O之下，鐵塊的重力勢(shì)能大于木塊。綜上所述，重力勢(shì)能與參考平面的選擇有關(guān)。因此選項(xiàng)B、C、D正確。提示：A球減少的重力勢(shì)能一部分轉(zhuǎn)化為彈簧性勢(shì)能通過(guò)以上例題和練習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問(wèn)題的基本方法。歸納學(xué)生的分析，作課堂小結(jié)。勢(shì)能是相互作用的物體系統(tǒng)所共有的，同樣，機(jī)械能也應(yīng)是物體系統(tǒng)所共有的。在中學(xué)物理教學(xué)中，不必過(guò)份強(qiáng)調(diào)這點(diǎn)，平時(shí)我們所說(shuō)物體的機(jī)械能，可以理解為是對(duì)物體系統(tǒng)所具有的機(jī)械能的一種簡(jiǎn)便而通俗的說(shuō)法。四、教學(xué)反思：教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)積極貫徹“學(xué)為主體，教為主導(dǎo)”的教學(xué)思想。主導(dǎo)作用表現(xiàn)在，組織課堂教學(xué)、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)；提供問(wèn)題的背景，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)；注意把握激發(fā)、疏導(dǎo)、深化、遷移、創(chuàng)造等環(huán)節(jié)，發(fā)展學(xué)生思維；注意評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生積極思維，主動(dòng)獲取知識(shí)，達(dá)到會(huì)學(xué)的目的。深化理解機(jī)械能守恒定律。從守恒的數(shù)學(xué)表達(dá)式的轉(zhuǎn)換，使學(xué)生對(duì)機(jī)械能守恒定律有了多角度的理解，突出重點(diǎn)。對(duì)