2024-2025學(xué)年高中物理第七章機(jī)械能守恒定律8機(jī)械能守恒定律教案新人教版必修2

PAGE1-機(jī)械能守恒定律一、設(shè)計(jì)思路物理規(guī)律的發(fā)覺離不開科學(xué)探究，而科學(xué)探究又可以分為理論探究和試驗(yàn)探究。本節(jié)課嘗試分兩條主線同時進(jìn)行探究，一條主線是試驗(yàn)探究的方法，利用單擺與自由落體兩個典型運(yùn)動進(jìn)行機(jī)械能守恒的分組操作探究；另一條主線是理論探究的方法；最終兩條探究主線合二為一，使學(xué)生的相識實(shí)現(xiàn)由感性相識上升為理性相識的飛躍，也將學(xué)問學(xué)習(xí)、實(shí)力培育、情感體驗(yàn)三個目標(biāo)有機(jī)地結(jié)合在一起，使學(xué)生既獲得了學(xué)問，提升了實(shí)力、又增加了體驗(yàn)。二、教學(xué)目標(biāo)（一）學(xué)問與技能[1．知道什么是機(jī)械能，知道物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化；2．理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容及其適用條件；3．會判定詳細(xì)問題中機(jī)械能是否守恒，能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決實(shí)際問題。（二）過程與方法、.K]1．從嬉戲試驗(yàn)入手，學(xué)會猜想探究的科學(xué)方法；2.通過對單擺運(yùn)動與自由落體運(yùn)動過程試驗(yàn)的探討和理論分析，駕馭機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容；3．體會物理規(guī)律得出的完整過程，相識得出規(guī)律的一般方法。（三）情感、看法與價值觀1.從生活試驗(yàn)入手，感受物理給我們生活帶來的歡樂，激發(fā)學(xué)習(xí)物理學(xué)問的愛好；2.通過探究，培育科學(xué)的實(shí)事求是看法，學(xué)會合作學(xué)習(xí)，學(xué)會展示與溝通。通過能量守恒的教學(xué)，使學(xué)生樹立科學(xué)觀點(diǎn)，理解和運(yùn)用自然規(guī)律，并用來解決實(shí)際問題。三、教學(xué)重點(diǎn)1．駕馭機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)、建立過程，理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容；2．在詳細(xì)的問題中能判定機(jī)械能是否守恒，并能列出定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。四、教學(xué)難點(diǎn)1．能從能量轉(zhuǎn)化的角度理解機(jī)械能守恒的條件．2．能正確推斷探討對象在所經(jīng)驗(yàn)的過程中機(jī)械能是否守恒，能正確分析系統(tǒng)所具有機(jī)械能。五、教學(xué)方法試驗(yàn)探究與理論探究結(jié)合法；小組合作學(xué)習(xí)法；六、器材打算：鐵架臺(附鐵夾)、電火花計(jì)時器，紙帶、刻度尺、單擺球、過山車模型等；老師打算長線單擺,彈簧振子，授課PPT,實(shí)物展臺等；六、教學(xué)過程設(shè)計(jì)：(一)引入新課師：在本章的第一節(jié)我們學(xué)習(xí)了《追尋守恒量—能量》，那么在機(jī)械運(yùn)動中是否也存在著相應(yīng)能量的守恒呢？我們先來做一個小試驗(yàn)。演示試驗(yàn)一：碰鼻試驗(yàn)將一個長線單擺上端固定，將鋼球拉近鼻子靜止，松手后，鋼球?qū)⑾蚯皵[去，接著反向擺回，猜想鋼球擺回時會遇到鼻尖嗎？邀請一位女生上來演示，請大家視察返回時小球會不會遇到她的鼻尖，同時視察小球在來回?fù)u擺過程中，到達(dá)的最高位置是否發(fā)生改變？師：志氣可嘉，掌聲送給他（贈與小禮品）。返回時碰不到鼻尖，而且到達(dá)的最高點(diǎn)越來越低。這背后原委隱藏了什么科學(xué)道理呢？要說明這種現(xiàn)象，就要用到新的力學(xué)理論，今日我們一起來學(xué)習(xí)第八節(jié)：機(jī)械能守恒定律。（二）新課教學(xué)一、動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化師：這里提到了機(jī)械能，那么什么是機(jī)械能呢？生：動能和重力勢能和彈性勢能的總和叫做機(jī)械能。。師：老師要指出的是，機(jī)械能具有相對性，是標(biāo)量，也是狀態(tài)量。師：動能和勢能同屬于機(jī)械能，那它們之間可以相互轉(zhuǎn)化嗎？演示試驗(yàn)二：過山車模型師：起先時小球的動能為零，但隨著高度的降低動能越來越大，這個動能哪里來的？生：由重力勢能轉(zhuǎn)化過來的。師：上升時動能削減，重力勢能增加，能量又在如何轉(zhuǎn)化？生：由動能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。師：這樣的例子生活中還有許多，請同學(xué)們探討后列舉相應(yīng)實(shí)例，并說明是什么能轉(zhuǎn)化為什么能。參考實(shí)例有：⑴．彈弓：彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能。⑵．溜溜球，蕩秋千：動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化。⑶．彈跳娃娃：重力勢能、動能、彈性勢能相互轉(zhuǎn)化。老師總結(jié)：剛才的幾個例子我們看到，不光動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化，彈性勢能和動能也可以相互轉(zhuǎn)化，那在轉(zhuǎn)化的過程中，有沒有一個奇妙的守恒量呢？會是動能嗎？勢能？還是機(jī)械能？為了探究這個問題，我們再來視察兩個探究試驗(yàn)。二、探究守恒量——機(jī)械能守恒演示試驗(yàn)三：單擺試驗(yàn)（重力勢能和動能的相互轉(zhuǎn)化）裝置的下方夾一橫桿，目的是便利確定小球運(yùn)動過程中的位置改變。從尺的一側(cè)位置A靜止釋放小球，請同學(xué)們視察小球到達(dá)左右最高點(diǎn)的位置關(guān)系？結(jié)論：小球到達(dá)的左右最高點(diǎn)的位置幾乎是相等的，也即等高。演示試驗(yàn)四：水平彈簧振子試驗(yàn)（彈性勢能和動能的相互轉(zhuǎn)化）現(xiàn)象：滑塊在零刻線兩側(cè)所到達(dá)的位置基本對稱，也即形變量相等。老師總結(jié)：在以上兩種能量轉(zhuǎn)化的情景中，我們發(fā)覺高度、形變量相等，這就意味著勢能相等，那轉(zhuǎn)化過程中我們要探究的守恒量是勢能嗎？老師引導(dǎo)：取幾個一般位置探討，我們發(fā)覺動能和勢能都在不停地改變，所以守恒量不是動能也不是勢能，那會不會就是它們的機(jī)械能呢？取單擺試驗(yàn)中的A、B、兩點(diǎn)，彈簧陣子試驗(yàn)中個B、C兩點(diǎn)去計(jì)算機(jī)械能，結(jié)果是相等的，所以我們揣測守恒量是機(jī)械能，但想要進(jìn)一步驗(yàn)證整個過程中機(jī)械能守恒，我們還須要進(jìn)行定量的分析。試驗(yàn)探究：定量試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案1：利用電火花計(jì)時器和紙帶打點(diǎn)計(jì)時器紙帶接電源重物打點(diǎn)計(jì)時器紙帶接電源重物圖4生：讓重錘做自由落體運(yùn)動。利用打點(diǎn)計(jì)時器計(jì)算其速度，即，進(jìn)而算出動能；再利用直尺測出下降的高度h，進(jìn)而算出勢能mgh。老師強(qiáng)調(diào)勢能的相對性，若取重錘初始位置所在的平面為零勢能面，那末態(tài)的重力勢能為-mgh,末態(tài)的機(jī)械能為，與初態(tài)的機(jī)械能零作比較即可。師：是否須要測量重物的質(zhì)量？生：可不測。提取m，只要，同樣能說明結(jié)果。這樣只要比較與gh即可。（2）學(xué)生分組試驗(yàn),采集數(shù)據(jù)，一學(xué)生整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，另一名學(xué)生依據(jù)講義提示完成理論推導(dǎo)。提示試驗(yàn)中g(shù)取9.8m/s2各打點(diǎn)處第1組第2組第3組第4組第5組下落高度h/m速度v/(ms-1)gh得出結(jié)論：在試驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，重錘的動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。方案2：利用傳感器探究機(jī)械能守恒誤差分析：這里的誤差主要來自于紙帶與計(jì)時器間的阻力做功，若阻力大大減小，兩者會更接近，介紹傳感器試驗(yàn)。再現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)論。方案3：理論探究機(jī)械能守恒若阻力忽視，我們來看下同學(xué)們的理論推導(dǎo)：(實(shí)物展臺展示)如圖所示，設(shè)一個質(zhì)量為m的物體自由下落，經(jīng)過高度為h1的A點(diǎn)（初位置）時速度為v1，下落到高度為h2的B點(diǎn)（末位置）時速度為v2.在自由落體運(yùn)動中，物體只受重力G=mg的作用，重力做正功.設(shè)重力所做的功為WG，則由動能定理可得①上式表示，重力所做的功等于動能的增量.另一方面，由重力做功與重力勢能的關(guān)系知道，WG＝mgh1-mgh2②上式表示，重力所做的功等于重力勢能的削減.由①式和②式可得.③小結(jié)：在自由落體運(yùn)動中，重力做了多少功，就有多少重力勢能轉(zhuǎn)化為等量的動能，移項(xiàng)后可得或者Ek1+Ep1=Ek2+Ep2;或者E2=E1上式表示，假如只有重力做功，動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。同樣可以證明，假如只有彈力做功，動能和彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。這個結(jié)論叫做機(jī)械能守恒定律，它是力學(xué)中的一條重要定律，是更普遍的能量守恒定律的一種特別狀況.（學(xué)案上一起整理機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容、表達(dá)式和條件）三、機(jī)械能守恒定律（1）內(nèi)容：在只有重力或_彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。（2）表達(dá)式：E2=E1，Ek2+Ep2=Ek1+Ep1,(留意選取零勢能面)師：我們已經(jīng)了解了機(jī)械能守恒定律的條件是只有重力或彈力做功，那這里還有一種說法：“機(jī)械能守恒的條件是只受重力或彈力”，你同意這個觀點(diǎn)嗎？請給出理由。學(xué)生分組探討匯總并舉例說明老師總結(jié)：（3）機(jī)械能守恒的條件可以分以下幾個方面來理解⑴只受重力或彈力，不受其它力（如自由落體）⑵受其它力，但其它力不做功（如單擺）⑶受其它力，其它力做功，但做功代數(shù)和為零，也可以當(dāng)作機(jī)械能守恒來處理只有正確理解機(jī)械能守恒的條件，才能在解決問題的過程中正確的運(yùn)用定律。另外要留意機(jī)械能守恒的對象是系統(tǒng)，而非單個物體?！緞偤渺柟獭肯铝羞\(yùn)動中物體機(jī)械能守恒的是（）A．著陸傘在空中勻速下降B．拋出去的鉛球（不計(jì)空氣阻力）C．流星劃過天空發(fā)出光明的光D．光滑曲面上自由下滑的物體小結(jié)：推斷機(jī)械能守恒的方法：①干脆比較初、末狀態(tài)的機(jī)械能E=Ek+Ep②依據(jù)定律，是否只有或做功。（首先要受力分析）③除動能和勢能外，看是否有其他形式的能參加轉(zhuǎn)化。四、應(yīng)用與提升1．機(jī)械能守恒定律的簡潔應(yīng)用圖6地球近地點(diǎn)遠(yuǎn)地點(diǎn)燃【例題1】（歷史回顧圖6地球近地點(diǎn)遠(yuǎn)地點(diǎn)燃圖圖5【例題2】（當(dāng)代科技）如圖所示，人造衛(wèi)星運(yùn)行過程中.近地點(diǎn)的速率與遠(yuǎn)地點(diǎn)速率哪一個大？為什么？（要比運(yùn)用開普勒其次定律進(jìn)行說明要簡潔地多）圖7【例題3】（生活中的物理）火車到站時要適時剎車，奢侈部分能量，你想如何設(shè)計(jì)火車站節(jié)約能源？（圖7師：我們學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容和條件，如何說明“碰鼻試驗(yàn)”中的現(xiàn)象呢？引導(dǎo)學(xué)生分析：鋼球在搖擺過程中，除重力做功外還有空氣阻力做功，所以機(jī)械能不守恒，隨著阻力做功增多，鋼球能到達(dá)的最高點(diǎn)只會越來越低，故不會撞到同學(xué)的鼻子。而單擺試驗(yàn)中，擺角微小，在短時間內(nèi)，空氣阻力做功可以忽視，故小球機(jī)械能守恒?！纠}4】把一個小球用細(xì)繩懸掛起來，就成為一個擺.擺長為L，最大偏角為θ.小球運(yùn)動到最低位置時的速度是多大？分析：小球受兩個力：重力和懸線的拉力.懸線的拉力始終垂直于小球的運(yùn)動方向，不做功.小球在搖擺過程中，只有重力做功，所以可用機(jī)械能守恒定律求解.解析：選擇小球在最低位置時所在的水平面為參考平面.小球在最高點(diǎn)時為初狀態(tài)，初狀態(tài)的動能Ek1＝0，重力勢能Ep1=mg（L-Lcosθ），機(jī)械能Ek1＋Ep1=mg（L-Lcosθ）.小球在最低點(diǎn)時為末狀態(tài)，末狀態(tài)的動能,重力勢能Ep2=0,末狀態(tài)的機(jī)械能為.依據(jù)機(jī)械能守恒定律有Ek2+Ep2=Ek1+Ep1所以.總結(jié)：1．機(jī)械能守恒定律不涉及運(yùn)動過程中的加速度和時間，用它來處理問題要比牛頓定律便利；2．用機(jī)械能守恒定律解題，必需明確初末狀態(tài)機(jī)械能，要分析機(jī)械能守恒的條件。五、課堂小結(jié)本節(jié)課我們從試驗(yàn)和理論探究兩方面探究得到了機(jī)械能守恒定律，重點(diǎn)是機(jī)械