《機械能》教材分析

《機械能》教材分析本章概述功和能的概念是物理學(xué)中的基本概念，它和機械能守恒定律是學(xué)習(xí)各種不同形式的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律的起點，也是運動學(xué)和動力學(xué)知識的進一步綜合和展開。本章概述功和能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系不僅為解決力學(xué)問題開辟了一條重要道路，同時也是分析解決電磁學(xué)、熱學(xué)等現(xiàn)象的重要依據(jù)。解決力學(xué)問題，從能量的觀點入手分析，可以不涉及整個過程作用的細(xì)節(jié)，只涉及起始狀態(tài)和終了狀態(tài)。既避免了直接應(yīng)用牛頓定律所遇到的困難，同時也簡化了解決問題的步驟。本章概述本章的敘述特點1.逐步加深理解功和能的概念及功能關(guān)系2.在講解功、功率、動能、重力勢能、機械能守恒定律時都充分考察了初中學(xué)過的知識，并在此基礎(chǔ)上定量展開。3.在介紹有關(guān)知識時，注意知識的擴展，把知識講活，如講功的計算時，介紹了物體在變力作用下做功的思路;講解動能定理時，指出不論是恒力還是變力，也不論物體是否做直線運動，動能定理都成立等。知識與能力1、理解功是能量變化的量度(舉例），理解功和功率。生產(chǎn)生活中常見機械功率的大小及意義。（例：分析力與移動方向不在一直線時力的功）（例：分析功率一定時，牽引力與速度的關(guān)系）2、理解重力勢能。重力做功與重力勢能變化的關(guān)系。探究彈性勢能的影響因素。三維教學(xué)目標(biāo)3、通過實驗探究恒力功與物體動能變化的關(guān)系，理解動能定理。（例：用打點計時器或光電計時器探究恒力功與物體動能變化的關(guān)系，從牛頓第二定律導(dǎo)出動能定理）4、理解機械能守恒定律，驗證機械能守恒定律。5、能量守恒及能源（例：評價核能的好處和問題）過程與方法1、通過探究活動進一步了解微元法、圖象法等方法，打點計時器的使用及紙帶處理的方法。2、通過物理概念的建立過程學(xué)習(xí)物理研究的方法3、培養(yǎng)學(xué)生用能量思想分析問題及解決問題的方法，并比較與動力學(xué)方法的優(yōu)劣。情感、態(tài)度與價值觀

1、通過理論及實驗等探究活動培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。理論聯(lián)系實際，體驗生活中的物理2、通過日常生活及社會實踐活動，認(rèn)識能源對人類發(fā)展的重要作用。會考要求功（B）；功率（B）；動能（B）;動能定理（C）重力勢能，重力做功與重力勢能改變的關(guān)系（B）彈性勢能（A）動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化、機械能守恒定律（B）本章教材的地位1、牛頓定律的延續(xù)和深入課本通過引入功和能的概念及功和能之間的關(guān)系，在牛頓運動定律和運動學(xué)的基礎(chǔ)上，得出動能、重力勢能的表達式以及動能定理、機械能守恒定律兩個重要規(guī)律。本章教材的地位2、高中物理的基礎(chǔ)之一解決力學(xué)問題，特別是比較復(fù)雜的曲線運動和一些非勻變速運動問題用能量的觀點來分析，往往會帶來方便，是牛頓定律所不能取代的。能量的思想是整個高中物理的基礎(chǔ)

單元劃分

第一單元：功和功率第二單元：功和能，動能、動能定理和重力勢能第三單元：機械能守恒定律及其應(yīng)用

教學(xué)建議

1、依托初中知識展開，降低教學(xué)難度

本章在講解功、功率、動能、重力勢能、機械能守恒定律時，都是在復(fù)習(xí)初中知識的基礎(chǔ)上展開的．

2、依托已有的動力學(xué)知識，遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律功的一般公式、動能定理、機械能守恒定律，都是在恒力、直線運動的情況下推導(dǎo)出來的，但不限于恒力或直線運動，教學(xué)中要遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，循序漸進，逐步拓展3、抓住功能關(guān)系這一主要線索討論研究問題，重視意義建構(gòu)4、開展理論探究與實驗探究，形成科學(xué)的思想方法

1、功的定義的引入，由功能關(guān)系思想引入功的定義。如果物體在力的作用下能量發(fā)生了變化，這個力一定對物體做了功－－強調(diào)功與能量變化的聯(lián)系。

功功

2、三個重要內(nèi)容功的公式功的正負(fù)合力的功3、重視物理情境的創(chuàng)設(shè)，把科學(xué)概念和抽象規(guī)律歸結(jié)為生動的情景。例題1、如圖，質(zhì)量為m的物塊A放在劈B的斜面上，斜面的傾角為θ，A、B一起沿水平面向右勻速移動了位移S，求A所受各外力對A所做的功。ABABSθθ（WG=0，WN=mgssinθcosθ，Wf=-mgssinθcosθ）例2.滑輪質(zhì)量、摩擦均不計，m=2kg的物體在F作用下由靜止被勻加速提升2m，用時2s，則2s內(nèi)F做的功是多少？mF（44J）3.變力做功的計算（1）由功和能的關(guān)系求解（2）圖象法F-S圖的“面積”（3）平均值法方向不變，大小隨位移線性變化的力可用此方法（4）對動力裝置且功率恒定時，可由W=Pt求解（5）滑動摩擦力、空氣阻力做功等于力與路程之積例3、用鐵錘把小鐵釘釘入木板，設(shè)板對釘子的阻力與釘進木板的深度成正比，已知鐵錘第一次將釘子釘進d，如果鐵錘第二次釘釘子時對釘子做的功與第一次相同，那么，第二次釘子進入木板的深度為多少？4.關(guān)于作用力與反作用力做功問題

由于作用力與反作用力作用效果不相關(guān)，可通過實例分析，使學(xué)生認(rèn)識到一對作用力與反作用力所做的功也不相關(guān)，即作用力做正功，反作用力可能做正功、可能做負(fù)功，也可能不做功。例4、下列關(guān)于作用力與反作用力的做功問題中，說法正確的是（D）A、作用力做正功，反作用力也必定做正功B、作用力做正功，反作用力一做負(fù)功C、作用力做功數(shù)值一定等于反作用力做功數(shù)值D、單純根據(jù)作用力做功情況不能判斷反作用力做功情況解這個題目，可設(shè)想一個具體的例子，如圖，A、B兩磁鐵同名磁極相對，分別放在兩輛小車上，同時釋放后，在斥力作用下，兩車分開，作用力、反作用力都做正功，兩車質(zhì)量相等時，位移相等，做功數(shù)值也相等，兩車質(zhì)量不相等時，位移不相等，做功數(shù)值當(dāng)然也不相等；如按住A不動，只釋放B，則A對B的作用力做正功，B對A的反作用力不做功；釋放A，同時將B向左推動，則A對B的作用力做負(fù)功，B對A的反作用力做正功-----（可討論六種情況）AB5.關(guān)于摩擦力做功問題

（1）單個摩擦力可以做正功，可以做負(fù)功，也可以不做功（2）一對靜摩擦力所做的功一定是數(shù)值相等，符號相反（3）一對滑動摩擦力所做的總功一定為負(fù)值6.總功

（1）總功等于合外力的功，一般用于各力都是恒力，且作用時間相同時。（2）總功等于各力做功的代數(shù)和，一般用于各段受力情況不同或作用時間不同時。二、功率的教學(xué)1、主要內(nèi)容平均功率、瞬時功率、額定功率、實際功率2、汽車（機械）兩種啟動過程探究（1）恒定功率啟動OtvVmax（2）恒定加速度啟動VOtVmaxBCt1t2A（3）注意：牽引力大小通過換擋改變；發(fā)動機的輸出功率通過加減油門改變（4）可以利用電動小車和打點計時器進行探究

例題5、質(zhì)量為m=5t的汽車，額定功率為90kw，設(shè)汽車運動的阻力恒為其重力的0.05倍.1、求汽車沿水平道路行駛的最大速度.(36m/s)2、設(shè)汽車由靜止起沿水平道路做勻加速直線運動，加速度為a=0.4m/s2，求汽車維持這一加速度行駛的最長時間.(g=10m/s2)(50s)t2例題6、汽車沿水平道路做直線運動，其v-t圖象如圖甲所示，設(shè)汽車所受阻力恒定，則汽車牽引力的功率可能如圖乙中的（B）tvOt1t3甲t2tPOt1t2t3AtPOt1t2t3BtPOt1t2t3CDt1t2t3PtO乙功能關(guān)系：做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程做功的數(shù)值就是能的轉(zhuǎn)化數(shù)量。1.能量的概念2.功和能的區(qū)別與聯(lián)系3.功和能的關(guān)系舉例三、功和能的教學(xué)三、功和能的教學(xué)力學(xué)領(lǐng)域中功能關(guān)系的主要形式1.合外力的功等于物體動能的增量2.重力的功等于重力勢能增量的負(fù)值3.除系統(tǒng)內(nèi)的重力和彈力以外，其它力做的總功等于系統(tǒng)機械能的增量4.由于滑動摩擦而產(chǎn)生的熱量等于滑動摩擦力乘于相對路程5.對繩子突然繃緊，物體間非彈性碰撞等除題目特別說明，必定有機械能損失三、功和能的教學(xué)能的轉(zhuǎn)化和守恒1.內(nèi)容2.應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律解題的一般步驟(1)分清共有幾種能量(2)明確什么能量增加什么能量減少(3)減少的總量一定等于增加的總量1、動能定理的應(yīng)用的優(yōu)越性（1）由于動能定理反映的是物體兩個狀態(tài)的動能變化與總功間的量值關(guān)系，所以對初始狀態(tài)到終止?fàn)顟B(tài)這一過程中物體的運動性質(zhì)、運動軌跡、做功的力是恒力還是變力等諸多問題不必加以追究。四、關(guān)于動能定理的教學(xué)

（2）一般說來，用牛頓第二定律和運動學(xué)知識求解的問題，用動能定理也可以求解，而且往往用動能定理求解簡捷；可是用動能定理能夠求解的問題，應(yīng)用牛頓第二定律和運動學(xué)知識可能無法求解，可以說，熟練應(yīng)用動能定理求解問題，是一種高層次的思維和方法，應(yīng)該增強用動能定理解題的主動的意識。2、動能定理的應(yīng)用（1）靈活選取過程對解題難易程度有很大影響例7、一質(zhì)量為2kg的鉛球從離地面2m高處自由落下，陷入沙坑2cm深處，求沙子對鉛球的平均阻力。（2020N）（2）應(yīng)用動能定理求變力做功例8、如圖，質(zhì)量為m的物體用細(xì)繩經(jīng)過光滑小孔牽引在光滑水平面上做勻速圓周運動，拉力為某個值F時，轉(zhuǎn)動半徑為R，擋拉力逐漸減小到F/4時，物體仍做勻速圓周運動，半徑為2R，則外力對物體所做功的大小為多少？（FR/4）FO（3）應(yīng)用動能定理求物體做往復(fù)運動的總路程物體做往復(fù)運動的總路程隱含在滑動摩擦力做功之中例9、如圖所示，AB與CD為兩個對稱斜面，其上部足夠長，下部分別與一個光滑的圓弧面的兩端相切，圓弧圓心角為1200，半徑R為2.0m，一個物體在離弧低E高度為h=3.0m處，以初速度4.0m/s沿斜面運動。若物體與兩斜面的動摩擦因數(shù)為0.02，則物體在兩斜面上（不包括圓弧部分）一共走多長路程？（g=10m/s2）（280m）AhOBCDE（4）系統(tǒng)應(yīng)用動能定理解題例10、兩個質(zhì)量均為m的剛性小球，用長為2L且不可伸長的繩連接起來置于光滑水平面上，繩恰好被拉直，現(xiàn)用一垂直于細(xì)繩的水平拉力F作用于繩的中點，拉動處于靜止?fàn)顟B(tài)的小球，如圖。問小球第一次相碰前的瞬間，兩小球在垂直于恒力F方向上的分速度各是多大？FmmLL（5）動能定理的實際應(yīng)用--估測自行車受到的阻力

騎自行車時，如果停止用力蹬腳蹬，設(shè)此時自行車的速度為V0，由于受到阻力f的作用，自行車前進一段距離s后就會停下來，據(jù)動能定理有：-fs=0-1/2mv02，即阻力f=mv02/2S

實驗中需要測出人停止用力后自行車前進的距離s，自行車和人的總質(zhì)量m，以及V0，初速度可通過以下三種方法測得：①在停止用力前，盡可能使自行車做勻速直線運動，通過測量時間和距離，計算出平均速度，以它作為停止用力時的初速度②測出自行車從停止用力到靜止時前進的距離和時間，再根據(jù)勻減速運動的規(guī)律，求出初速度③停止用力時從車上釋放一個小石塊，測出釋放的高度和石塊在水平方向通過的距離，即可求得初速度例11、如圖，兩截面面積分別是S1和S2的圓桶形容器A和B，用細(xì)管連接起來放在同一水平面上，A桶裝高度為h的水，B桶無水，打開閥門直到兩桶水面相平。在上述過程中，重力所做的功為多少？ABK1、重力做功的特點五、關(guān)于重力勢能的教學(xué)2、重力做功與重力勢能變化的關(guān)系

引導(dǎo)學(xué)生初步認(rèn)識重力做功與路徑無關(guān)，引入重力勢能才是可能的，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維舉重時杠鈴所受的重力與它的位置無關(guān)

彈簧的拉力與拉伸的長度有關(guān)

彈性勢能（1）彈性勢能的大小可能與哪幾個物理量有關(guān)？（類比、猜想）1、從現(xiàn)象開始，創(chuàng)設(shè)情境2、推導(dǎo)（1）一般推導(dǎo)（2）特例推導(dǎo)六、關(guān)于機械能守恒及其應(yīng)用的教學(xué)

3、把握守恒條件（1）做功判斷：只有重力和彈力做功。強調(diào)是彈簧之類物體的彈力做功才會有彈性勢能和動能的轉(zhuǎn)化，像支持力、繩的拉力之類的的彈力做功時沒有彈性勢能的的變化，因而機械能不守恒（2）能量判斷：物體運動過程中只有動能和勢能的轉(zhuǎn)化4、機械能守恒的幾種表達式（1）系統(tǒng)初態(tài)1和末態(tài)2的機械能相等即Ek1+Ep1=Ek2+Ep2（狀態(tài)式）（2）系統(tǒng)總動能的增加等于系統(tǒng)總勢能的減少即ΔEk=-ΔEp（轉(zhuǎn)化式）（3）系統(tǒng)內(nèi)一部分物體的機械能的增加等于另一部分（其余）物體的機械能的減少，即ΔE增=ΔE減（增減式）七、實驗：驗證機械能守恒定律簡述實驗方法提出問題1、怎樣減少阻力？2、以哪兩個位置作為始、末位置合適？3、可以多次測量。4、實驗報告的主要內(nèi)容。速度測量的建議可以用AC的平均速度代表B的瞬時速度。

實驗應(yīng)注意的問題1、安裝打點計時器時，兩紙帶限位孔必須在同一豎直直線上，以減小紙帶與限位孔的摩擦阻力2、實驗時必須先接通電源，讓打點計時器正常工作后才能松開紙帶讓重錘下落3、選用密度大的物體做重錘，以減小空氣阻力的影響，無需測出重錘的質(zhì)量m，可保留在驗證式中4、測量下落高度時，都必須從起始點算起，不能搞錯。為了減小測h時的誤差，選取的各個計數(shù)點要離起始點遠些，紙帶也不宜過長，約40cm即可。5、實驗中應(yīng)挑選第1、2兩點間距接近2mm的紙帶，用中間時刻的瞬時速度與全程的平均速度的關(guān)系求解。期中復(fù)習(xí)建議一、指導(dǎo)思想遵循理論與實際的聯(lián)系、與科學(xué)技術(shù)相結(jié)合、物理模型與生活實際相結(jié)合、問題解決過程與科學(xué)方法相結(jié)合、科學(xué)知識與人文精神相統(tǒng)一的命題思路。出題內(nèi)容以基本概念，基本規(guī)律的應(yīng)用為主。本卷命題原則：1.診斷性（便于師生雙方摸底）。2.基礎(chǔ)性（指加強基礎(chǔ)、適量開放。）

二、試卷設(shè)置與特點

試卷題型安排：

一、單項選擇題（33分），

二、選項不唯一選擇題（12分）

三、填空題（15分），

四、實驗題（13分），

五、計算題（27分）。

考核內(nèi)容：曲線運動和萬有引力兩章。

試卷特點：

1.試卷測試內(nèi)容以曲線運動和萬有引力為主。

2.重視考查學(xué)生對基本物理現(xiàn)象、概念、規(guī)律的理解和判斷，采用了雙基為載體的試題考核學(xué)生的能力

內(nèi)容單選題不定項選擇填空題實驗計算合計曲線運動8×3’2×3’3×3’13’14’66’萬有引力

3×3’2×3’2×3’0’13’34’總計33’12’15’13’27’100’四、教與學(xué)建議1.診斷先行。在平時的授課過程中注重及時的檢測與校正，針對學(xué)生薄弱環(huán)節(jié)，提出補缺方案，引導(dǎo)學(xué)生重視基礎(chǔ)知識的理解和應(yīng)用以及基本實驗操作能力，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)以科學(xué)態(tài)度、科學(xué)思維方式審題。

2.理清思路。如對于實驗而言，高考改革目前在考試形式制約下、盡可能全面地考