2024-2025學(xué)年新教材高中物理第八章4機械能守恒定律1教案新人教版必修2

PAGE1-機械能守恒定律（1）教學(xué)目標核心素養(yǎng)物理觀念：知道什么是機械能，理解動能和勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化；科學(xué)思維：理解機械能守恒的含義及其適用條件，會判定是否守恒；科學(xué)探究：會探究動能和勢能的轉(zhuǎn)化關(guān)系；科學(xué)看法與責(zé)任：通過追尋守恒量的學(xué)習(xí)，是學(xué)生樹立科學(xué)觀點，理解自然規(guī)律。教學(xué)重點1．機械能守恒定律的推導(dǎo)及理解2．機械能守恒的判定及簡潔應(yīng)用3．教學(xué)難點1．機械能守恒條件的理解2．機械能守恒的判定3．高考考點課型新授教具教法教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)復(fù)習(xí)回顧：1．什么是重力勢能，有哪些性質(zhì)，正負的含義。2．重力做功的特點及與重力勢能變更的關(guān)系。3．彈力做功和彈性勢能變更的關(guān)系。4．什么是動能？如何量度動能的變更？新課引入：問題1：跳高運動員是以高度來計算成果，為什么他們在跳之前要助跑呢？其他學(xué)生補充日常生活中動能和勢能相互轉(zhuǎn)化的例子。老師總結(jié)，動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過程中，二者之和會不會變更呢？學(xué)生分析動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化。教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)一、追尋守恒量伽利略曾探討過小球在斜面上的運動，如圖示，發(fā)覺無論斜面B比斜面A陡些還是緩些，小球的速度最終總會在斜面上某點變?yōu)?，這點距斜面低端的高度高度與它動身時的高度基本相同，假如忽視阻力和摩擦力，兩個高度應(yīng)當完全相同，不會低些也不會高些。思索：在小球運動過程中，有哪些物理量是變更的？哪些是不變的？老師總結(jié)：小球每次似乎“記得”自己的起始高度，到達另一邊總要到達原來的高度，這說明小球運動過程中動能和勢能是相互轉(zhuǎn)化的，轉(zhuǎn)化中某個量是保持不變的。小嬉戲，找一名同學(xué)上講臺，用一細線栓一小球，將小球拉倒該同學(xué)鼻尖位置，釋放，視察學(xué)生的反映。二、動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化1．動能和重力勢能的轉(zhuǎn)化分析下落的果實、過山車、斜拋的物體等自然現(xiàn)象中機械能之間是怎樣轉(zhuǎn)化的？2．動能和彈性勢能的轉(zhuǎn)化彈簧的一端固定在光滑橫桿上一端，另一端與小球相連，讓小球在水平的橫桿上做往復(fù)運動。跳水運動員起跳閱讀教材P89內(nèi)容，回答問題。學(xué)生說明小球返回時，假如該同學(xué)不躲閃，小球會不會遇到他鼻尖？教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)跳水運動員從起跳至落水全過程中，各種能是如何轉(zhuǎn)化的？老師總結(jié)：以上事例中，涉及到動能，重力勢能和彈性勢能。3．機械能⑴定義：物理學(xué)中把物體由于_做機械運動而具有的能_稱為機械能。物體的機械能是物體動能和勢能的和。⑵說明：①機械能是標量②機械能的大小是相對的。（為什么？）③系統(tǒng)性動能和勢能可以通過重力或彈力做功，從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，在轉(zhuǎn)化過程中遵循怎樣的規(guī)律呢？三、機械能守恒定律1．做功種類⑴只有重力做功時的機械能如圖物塊自光滑曲面由靜止下滑，A、B位置速度分別為v1、v2，高度分別為h1、h2，探討在物塊下滑過程中動能和勢能相互轉(zhuǎn)化時遵循的規(guī)律。解：從A到B過程中只有重力做功，由動能定理可得：移項得：左邊等于初態(tài)機械能，右邊等于末態(tài)機械能，初末狀態(tài)機械能相等。結(jié)論1：在只有重力做功的系統(tǒng)內(nèi)，物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中總的機械能保持不變。學(xué)生分析回答學(xué)生分析下圖的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系推廣：若物塊從B運動到A，表達式是否成立？教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)⑵．只有彈力做功時的機械能如圖小球從B位置運動到C位置，速度分別為vB、vC，彈性勢能分別為EPB、EPC，探究在小球運動過程中，動能和彈性勢能相互轉(zhuǎn)化時遵循的規(guī)律。解：從B到C彈簧彈力做功由動能定理得：移項得：即：初態(tài)機械能等于末態(tài)機械能。結(jié)論2．在只有彈簧彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，物體的動能和系統(tǒng)彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中總的機械能總量不變。⑶．若系統(tǒng)除重力和系統(tǒng)彈力做功外，還有其它力做功，機械能是否守恒呢？可以證明，若其它力做功之和為零，總機械機械能保持不變，假如其它力做功之和大于零，機械能增加，其它力做功之和小于零，機械能減小。2．定律內(nèi)容：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機械能保持不變。應(yīng)用機械能守恒定律解決問題只需考慮運動的初狀態(tài)和末狀態(tài)，不必考慮兩個狀態(tài)間過程的細微環(huán)節(jié)，即可以簡化計算.3．表達式①即；②；；。說明：用①時，須要規(guī)定重力勢能的參考平面；用②時則不必規(guī)定重力勢能的參考平面，因為重力勢能的變更量與參考平面教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)的選取沒有關(guān)系。尤其是用ΔＥ增＝ΔＥ減，只要把增加的機械能和削減的機械能都寫出來，方程自然就列出來了。4．條件①只有重力做功，只發(fā)生動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化②只有系統(tǒng)彈力做功，只發(fā)生動能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化.③只有重力和系統(tǒng)彈力做功，發(fā)生動能、彈性勢能、重力勢能的相互轉(zhuǎn)化。④除重力和系統(tǒng)彈力做功外，還有其它力做功，合功為零，如物體在沿斜面的拉力F的作用下沿斜面運動，若已知拉力與摩擦力的大小相等，方向相反，在此運動過程中，其機械能守恒。5．守恒的含義“變中的不變”，變指的是動能和勢能都是發(fā)生變更的，它們之間相互轉(zhuǎn)化；不變指的是動能和勢能之和保持不變。假如動能和勢能均沒有發(fā)生變更，只能稱之為機械能不變，不能稱為守恒。守恒肯定是不變，但不變不肯定稱為守恒。6．守恒的判定①利用機械能的定義干脆推斷：若動能和勢能中，一種能變更，另一種能不變，則其機械能肯定變更.②用做功推斷：若物體或系統(tǒng)只有重力(或彈力)做功，雖受其他力，但其他力不做功，機械能守恒.③用能量轉(zhuǎn)化來推斷：若物體系統(tǒng)中只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化而無機械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則物體系統(tǒng)機械能守恒.例1．如圖所示，在光滑水平地面上勻速運動的物體其機械能是否守恒？答：機械能不變練1．下列關(guān)于機械能是否守恒的推斷正確的是(ABD)A.甲圖中，物體將彈簧壓縮的過程中，物體和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒(不計空氣阻力)結(jié)合定律內(nèi)容分析條件，加深學(xué)生理解。學(xué)生要深刻理解含義推廣：假如是粗糙的水平面呢？教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)B.乙圖中，物體在大小等于摩擦力的沿斜面對下的拉力F作用下沿斜面下滑時，物體機械能守恒C.丙圖中，物體沿斜面勻速下滑的過程中，物體機械能守恒D.丁圖中，斜面光滑，物體在斜面上下滑的過程中，物體機械能守恒練2．以下物體運動過程，滿意機械能守恒的是(③⑤⑥⑨)①在草地上滾動的足球②從旋轉(zhuǎn)滑梯上滑下的小摯友③豎直真空管內(nèi)自由下落的硬幣④勻速下落的跳傘運動員⑤做平拋運動的物體機械能守恒⑥光滑曲面上自由運動的物體機械能守恒⑦圓錐擺球在水平面內(nèi)做勻速圓周運動⑧做勻速直線運動的物體機械能可能守恒（不變）⑨做變速運動的物體機械能可能守恒⑩外力對物體做功為零時，機械能肯定守恒例2．如圖所示，質(zhì)量為m小球從高處下落到豎直放置的輕彈簧上，在將彈簧壓縮到最短的整個過程中，試分析以下問題：①系統(tǒng)中涉及幾種形式的能量？②那些力對小球做了功？③機械能守恒嗎？④球運動過程中能量轉(zhuǎn)化狀況？下列關(guān)于小球和彈簧的能量敘述中正確的是：（ACD）A.重力勢能和動能之和減小B.重力勢能和彈性勢能之和總保持不變C.動能和彈性勢能之和增大D.重力勢能、彈性勢能和動能之和總保持不變教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)練1．如圖所示，一輕彈簧一端固定于O點，另一端系一重物，將重物從與懸點O在同一水平面且彈簧保持原長的A點無初速度地釋放，讓它自由擺下，不計空氣阻力，在重物由A點擺到最低點的過程中(AB)A.重物的機械能削減B.重物與彈簧組成的系統(tǒng)的機械能不變C.重物與彈簧組成的系統(tǒng)的機械能增加D.重物與彈簧組成的系統(tǒng)的機械能削減練2．質(zhì)量相同的小球A和B分別懸掛在長為L和2L的不同長繩上，先將小球A、B拉至同一水平高度(如圖6所示)從靜止釋放，當兩繩豎直時，不計空氣阻力，則()A.兩球的速率一樣大B.兩球的動能一樣大C.兩球的機械能一樣大D.兩球所受的拉力一樣大練3．如圖所示，將物體P用長度適當?shù)妮p質(zhì)細繩懸掛于天花板下方，兩物體P、Q用一輕彈簧相連，物體Q在力F的作用下處于靜止狀態(tài)，彈簧被壓縮，細繩處于伸直狀態(tài).已知該彈簧的彈性勢能僅與其形變量有關(guān)，且彈簧始終在彈性限度內(nèi)，現(xiàn)將力F撤去，輕繩始終未斷，不計空氣阻力，則(BC)A.彈簧復(fù)原原長時，物體Q的速度最大B.撤去力F后，彈簧和物體Q組成的系統(tǒng)機械能守恒C.在物體Q下落的過程中，彈簧的彈性勢能先減小后增大D.撤去力F前，細繩的拉力不行能為零例3．如圖所示，桌面高度為h，質(zhì)量為m的小球，從離桌面高H處自由落下，不計空氣阻力，假設(shè)桌面處的重力勢能為零，小球落到地面前的瞬間的機械能應(yīng)為（）A．mghB．mgHC．mg（H+h）D．mg（H-h）完成練習(xí)，體會并駕馭判定機械能守恒的方法。教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)練1．如圖所示，質(zhì)量為1kg的小物塊從傾角為30°、長為2m的光滑固定斜面頂端由靜止起先下滑，若選初始位置為零勢能點，重力加速度g取10m/s2，則它滑到斜面中點時具有的機械能和動能分別是(C)A.5J；5J B.10J；15JC.0；5J D.0；10J解析：物塊的機械能等于物塊動能和重力勢能之和，以初位置為零勢能點，則物塊在初位置的機械能為0，在運動過程中機械能守恒，故有所以動能是5J。例4．在距離地面15m高處以10m/s的初速度豎直向上拋出一小球，不計空氣阻力，取g＝10m/s2，求小球能達到的最大高度及落地時速度大小。解：設(shè)豎直上拋的高度為h2，由機械能守恒得：代入數(shù)據(jù)得：最大高度落地時速度為v，以地面為參考面，全程由機械能