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省优质课机械能守恒定律教案


机械能守恒定律
一、教学目标 1、知识与技能 (1) 知道什么是机械能,理解物体的动能和势能可以相互转化。 (2) 理解机械能守恒定律的内容和适用条件。 (3) 会判定具体问题中机械能是否守恒,能运用机械能守恒定律分析实际问题。 2、过程与方法 (1) 学习从物理现象分析、推导机械能守恒定律及适用条件的研究方法。 (2) 初步掌握运用能量转化和守恒来解释物理现象及分析问题的方法。 3、情感、态度与价值观 体会科学探究中的守恒思想,养成探究自然规律的科学态度,领悟机械能守恒规律解决问题的优点,形成 科学价值观。 二、教学重点和难点 1、教学重点 (1) 机械能守恒定律的探究、推导与建立,以及机械能守恒定律含义的理解。 (2) 机械能守恒定律的条件和机械能守恒定律的实际应用。 2、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) 能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。 三、教学方法和教具 1、教学方法: 实验探究、启发诱导、归纳总结、应用拓展、多媒体辅助教学 2、教具: 铁架台、铁夹、玻璃棒、细线、小钢球、摩擦计、弹簧振子 四、教学流程图 碰鼻实验,引入新课,激发学生兴趣

利用实验,探究新课,点拨指导

定性探究两个位 置的机械能相等

探究推导机械 能守恒定律

观察、实验、讨论、分析、归纳、总结

应用拓展, 完成目标 五、教学过程 (引入新课) 碰鼻实验:如图所示,把悬挂重球拉至鼻尖由静止释放,实验者立于原位不动,小球

来回摆动,学生观察者怕重球碰坏了鼻子,可事实重球碰不到鼻尖。提出疑问,引入新课。 (新课讲授) 引导学生回忆本章学习过那些形式的能量,重力势能、弹性势能、动能。 一、 机械能 1、 机械能:动能和势能(重力势能和弹性势能)统称为机械能。 物体的机械能为动能与势能的和。 2、 表达式:E=EK+EP 3、 机械能是标量,具有相对性。 先选取参考平面和参考系才能确定机械能(一般选地面) 。 4、 动能与势能的相互转化 例子:多媒体播放图片 ①自由落体运动 重力势能 动能 平抛运动、小球在光滑斜面上向下运动、瀑布、高山滑雪 ②竖直上抛运动的上升过程 动能 重力势能 小球沿光滑斜面向上运动、背越式跳高 ③姚明投出的篮球 上升过程:动能 重力势能 下降过程:重力势能 动能 掷出的铅球、单摆、过山车 ④玩具飞机 弹性势能 动能 射箭、蹦床、水平弹簧振子 通过重力或弹力做功,机械能可以从一种形式转化为另一种形式。 那么,在动能与势能的相互转化过程中,机械能的总量是否发生变化呢? 引导学生猜想:机械能的总量不发生变化。 二、 机械能守恒定律 探究实验一: 如右图,用细线、小球、带有标尺的铁架台等做实验。 实验 1 如图甲,把一个小球用细线悬挂起来,把小球拉到一定高度的 A 点, 然后放开, 小球在摆动过程中, 重力势能和动能相互转化。 我们看到, 小球可以摆到跟 A 点等高的 C 点。 实验 2 如图乙,如果用木筷在挡住细线,小球虽然不能摆到 C 点,但摆到 另一侧 C′时,也能达到跟 A 点相同的高度。 学生分组实验,思考问题,填写探究实验活动卡。 这个实验中,小球的受力情况如何?各个力的做功情况如何?这个实验说明了什么? 小球在摆动过程中受重力和绳的拉力作用。拉力和速度方向总垂直,对小球不做功;只有重力对小球能做功。 实验表明,小球在摆动过程中重力势能和动能在不断转化,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。 探究规律一: 物体沿光滑曲面滑下,只有重力对物体做功。用我们学过的动能定理以及重力的功 和重力势能的关系,推导出物体在任意位置 A、B 机械能相等。 教师为学生创设问题情境,引导学生运用所学知识独立推导出机械能守恒定律。让 学生亲历知识的获得过程。学生独立推导。教师巡视指导,及时解决学生可能遇到 的困难。 位置 A 到位置 B: 由动能定理得重力的功:WG = EK2-EK1 由重力做功和重力势能变化的关系得重力的功:WG= =EP1-EP2 C′ C′

得到 EK2-EK1=EP1-EP2 EP1+EK1=EP2+EK2 即 E1=E2 结论:在只有重力做功的物体系统内,动能和重力势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。 探究实验二: 如右图,水平方向的弹簧振子。球静止在 O 点,弹簧处于原长,把球拉离 O 点 到 A 点,放开后,球运动到右侧 B 点,观察两段距离是否相等? 小球向左右的最大距离相等。 学生分组实验,思考问题,填写探究实验活动卡。 这个实验中,小球的受力情况如何?各个力的做功情况如何?这个实验说明 了什么? 小球在往复运动过程中,竖直方向受重力和杆的支持力作用,水平方向上受 弹力作用。重力、支持力和速度方向总垂直,对小球不做功;只有弹簧的弹力 A 0 B 对小球做功。 实验表明,小球在往复运动过程中弹性势能和动能在不断转化,弹性势能和动能的总和应该保持不变。即机械 能保持不变。 A′B′ 探究规律二:水平弹簧振子,观察运动过程。 由同学讨论小球运动过程,结合前面已经探究过的弹力做功与 B′ 弹性势能的关系,类比重力做功,进行分析。 取任意位置 A′B′, 位置 A′到位置 B′: 由动能定理得弹力的功:WF= EK2-EK1 由重力做功和重力势能变化的关系得弹力的功:WF= EP1-EP2 A 0 B 结论:只有弹力做功的物体系统内,动能和弹性势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。 引导学生归纳总结,得出机械能守恒定律。 1、 机械能守恒定律 在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。 (与猜想呼应) 2、 表达式: EP1+EK1=EP2+EK2 即 E1=E2 3、 机械能守恒的条件:只有重力或弹力做功 (引导学生思考与讨论) (1) 只受重力。 (2)受重力或弹力外还受其它力,但其它力不做功。 三、 机械能守恒定律的应用 1、碰鼻实验 释放钢球后,若忽略空气阻力,只有重力做功, 机械能守恒,应该摆到等高处,不会碰到鼻子。 2、上海轨道交通 3 号线某车站的设计方案。 由于站台建得稍高, 车进站时要上坡,出站时要下坡。忽略摩擦力, 分析这种设计的优点。 则 EP1+EK1=EP2+EK2 即 E1=E2

进站前关闭发动机,机车凭惯性上坡,动能变成重力势能储存起来,出站时下坡,重力势能变成动能,节省了 能源。 3、在下列几种运动中,遵守机械能守恒定律的是 ( )

A.雨滴匀速下落 B.汽车刹车的运动 C.物体沿斜面匀速下滑 D.物体做自由落体运动 4. 把一个小球用细线悬挂起来,就成为一个摆,如图所示,摆长为 l,最大偏角为θ 。如果阻力可以忽略,小 球运动到最低位置时的速度是多大? 分析:小球受力及各力做功情况 解:选最低点所在平面为零势能面,小球在最高点的状态为初状态,该点重 力势能 EP1=mgl(1-cosθ ) ,动能 EK1=0。 小球在最低点的状态为末状态,重力势能 EP2=0,动能 EK2=mv2/2 由机械能守恒定律得 Ek2+EP2 = EK1+EP1

V=
引导学生总结:应用机械能守恒定律解决问题的一般步骤 1.确定研究对象,明确运动过程。 2.受力分析及各力做功情况,判断机械能是否守恒。 3.选取参考平面,确定初末状态及其机械能。 4.根据机械能守恒定律列方程,统一单位求解。 让学生谈谈应用机械能守恒定律解决问题的启发。 小结: 板书设计 作业:本节学案

一、机械能
(1)机械能 (2)表达式:E= + (3)机械能是标量,具有相对性。 二、机械能守恒定律 (1)定律内容:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能和势能发生相互转化,但机械能的总量保持不变。 (2)表达式: (3)条件 三、应用 + = +


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