湖北地区高中物理第七章机械能守恒定律7.8机械能守恒定律讲课稿新人教必修.docx

7.8机械能守恒定律上课！同学们好！上课前，我们先来一起玩一个碰鼻游戏！请一位同学上台来,现在将钢球从同学的鼻尖释放，很明显我们这位同学下意识地向后退，那么钢球会不会碰到她的鼻子呢？不会，好勇敢点，站住不动，再一次将钢球释放，可以看到钢球到达鼻尖位置时，恰好不能上升了！那么为什么不能撞到呢？学了这节课，我们就能更加合理地解释了。今天，我们一起来学习第七章的第八节：机械能守恒定律(一)我们在观察球的摆动时，发现球从高处往低处摆动时，能量是怎样变化的？重力势能减少，动能增加！从地处往高处摆时重力势能增加，动能减少；动能和重力势能，始终同时变化，一种增加，另一种一定减少，似乎说这两种能量是可以相互转化的。老师今天带来了一把弓箭,(拿起弓箭)这是一条橡皮筋，（拉一拉）可以发生较大的形变，请一个同学来试一试,（学生拉弓时）将弓拉满再放出去！当我们将弓拉满的时候，什么能量增加？弹性势能！当箭嗖地飞出时，什么能量增加？动能！可见哪两种能量之间也可以相互转化？动能和弹性势能！综合以上两个例子，我们可以得出一个结论：动能和重力势能可以相互转化，动能和弹性势能也可以相互转化；也就是【板书：动能和势能可以相互转化】其中的动能和势能，统称为机械能，【板书：机械能：E=EK+Ep】（二）师：动能和势能可以相互转化，那么转化中是否存在一定的定量的关系呢？咦，他总是一增一减，此消彼长你来说说：有没有定量关系？什么样的定量关系？ :只有重力或弹力做功的物体系统中，动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。师：嗯，非常严谨的一段话！说：一定条件下动能和势能之和是一个定值，【板书】：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。我们先来理解一下这段话：在一定的条件下，EK会变化，Ep 也会变化，但是E= EK+Ep=定值，就像两杯水，一杯水减少，一杯水增多，总量，不变！即【板书：Ek1+Ep1=Ek2+Ep2】这个发现不得了，你看这个式子，简洁，对称，一个字“美”！动能势能变化总量保持守恒，两个字，完美！这么完美，一定有条件的！什么条件？生：只有重力或者弹力做功时！【板书：条件：只有重力或者弹力做功；对象：系统】师： 你是怎么知道这种完美的定量关系的？生：预习知道的。师：很好！你们预习了吗？预习了，一看你们就是会学习的聪明学生！那么预习到这里，你们有没有产生一个疑惑？ppt：只有重力或弹力做功时，机械能真的守恒吗？ 师：能不能举个我们常见的只有重力做功的例子？生：自由落体运动，平抛运动，摆球的运动师：小球在光滑斜面上的运动是不是？ppt好，那自由落体运动和物体在光滑斜面上的运动两个例子，能不能用实验验证一下这两种情况下，系统的机械能是守恒的？老师为大家提供了两组仪器，第一组：自由落体演示仪（将6v的电源接通，小球能被吸在顶端0刻度线处，将6v的电源打下来，小球会脱离顶端的电磁铁做自由落体运动，经过光电门，光电门和数字计时器相连，在数字计时器上可以读出小球经过光电门的挡光时间t，小球的直径是16mm,）；第二组：较为光滑的斜面，直径为18mm的小球，光电门和数字计时器；小台秤；刻度尺。请同学们选择合适的实验仪器，设计实验。同学们可以小组讨论，三分钟后我请同学说说你们小组的实验思路。 小组 小组生1：我们选择自由落体运动研究首先要验证机械能守恒，就是：E= EK+Ep=定值，Ek1+Ep1=Ek2+Ep2，1为初始位置，2为末态位置；因为有重力势能，所以选末位置所在平面为零势能面；就是也就是证明：m消掉，所以只需要测h1和v2,h1用刻度尺测，v2用光电门师：很好，ppt实验方案中把该考虑的都考虑到了，那么你选的是哪几样仪器？生1：自由落体实验仪，光电门，数字计时器，刻度尺师：要不要台秤？生1：不需要生2：我们研究光滑斜面上物体的运动。思路跟前一位同学一样。好的，大家的思路非常清晰，在实验之前我们将要测的量做一个表格，为了方便大家实验，我已经将自由落体实验仪中下落高度调为80cm.d1、d2分别为16mm、18mm。如屏幕中所示。同学们分组合做实验，我将请两组同学展示自己小组探究的结果，有什么不懂得可以问我。好，现在开始吧！（课前每小组找两人培训怎么使用仪器）【黑板上画表格】师：请 组代表来展示你们探究的结果。生3：我们组测的h1= ,t= ，v2= ，E1=,E2 .。生4：我们组测的h1= ,t= ，v2= ，E1=,E2 .。师：从两组同学得出的结果来看E1、E2大小非常接近，你们其他组的结果呢？也是接近相等。这说明了什么？只有重力做功时，机械能守恒。可是不相等呀！还怎么能说守恒呢？哦，实际上除了重力以外，还有有空气阻力做负功，是机械能有一些损失。 这样我们用实验证明了，只有重力和弹力做功时机械能确实守恒，那么问题来了为什么只有重力做功或者弹力做功时，机械能就守恒呢？能不能从理论角度，严密地证明？小组讨论，一会请一个同学来证明!生5：以自由落体运动为例：WG=Ep1-Ep2;W合=Ek2-Ek1,两式联立可得Ep1-Ep2= Ek2-Ek1,Ek1+Ep1=Ek2+Ep2，师：提醒“根据”，重力做多少功，重力减少多少；同时动能增加多少。这就是机械能守恒的原因。通过重力做功，重力势能和动能之间相互转化，总量守恒。哦，豁然开朗！ 我们又可以提炼出一个机械能守恒的表达式：Ep1-Ep2= Ek2-Ek1,即-Ep=Ek .势能能的减少量等于动能的增加量。势能的增加量等于动能的减少量。同样作为势能的弹性势能和动能之间转化是不是具有类似的特点呢？只有弹力做功的时候，机械能守恒。好创造一个只有弹力做功的条件，大家看！这是一个气垫导轨，气垫导轨上面有很多小孔，当从一个管子向里面吹气的时候，气体能从小孔冒出，将滑块支撑起来，那么滑块与气垫导轨之间就没有接触了，没有接触的话，滑块运动过程中就没有什么力作用了？那么滑块运动中就只受到弹簧的弹力作用。将滑块放在最左端，弹簧处于挤压状态，滑块却没有动，原因是什么？如果没有摩擦力了会怎么样呢？来，请一位肺活量大的同学，好，就你！同学们注意观察，往气垫导轨吹气的时候，滑块怎样运动。我们看到滑块运动起来了，什么能转化为什么能？滑块运动到最右端，速度为零，动能最小，但是弹性势能最大。可见动能和弹性势能之间在不断地发生转化，假如让能一直吹气，滑块也就会运动更久。忽略空气阻力，一直吹气，猜猜会有什么结果？滑块会一直来回振动下去。机械能在弹性势能和动能之间转化，总的机械能守恒。实验上证明了，只有弹力做功时机械能守恒，理论上是不是也能证明？能！ 你来说说怎么证？生:类比重力做功的情况，弹力做功等于弹性势能的减少量，同时弹力做功即为合理做功，等于动能的增加量，可以得到相同的结论，即动能和势能之和为定值。此处应该有掌声！思路非常清晰。通过以上我们分别从实验和理论的角度的研究，我们确信了机械能可以守恒，且守恒条件是：只有重力和弹力做功！ （三）学以致用，下面请用我们刚刚总结出来的规律，来解决下面一个例题：请 读题目！把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆（如图），摆长为l ,最大偏角为 .小球运动到最低位置时的速度是多大？请用本节学的机械能守恒定律解答。请一个学生讲解自己的思路和解题过程。选择小球在最低位置时所在的水平面为参考平面。嗯，好！（掌声）逻辑严密，思路清晰！用机械能守恒定律解题，要思路清晰！首先要选取研究对象，确定研究过程，判断是不是满足守恒条件，再确定初态、末态的机械能，最后列方程求解。现在思考一个问题：这个题目能不能用牛顿第二定律和运动学公式来解？生：不行结论：像这种变加速，轨迹为曲线的复杂运动，牛顿第二定律无能为力，但是从能量的角度来看，用机械能守恒定律，手到擒来！机械能守恒定律的优越性就在于，只需考虑初末状态的能量，无须细究运动的过程；很多时候是解决问题的捷径。【释疑】现在我们回想课前的碰鼻游戏，你知道为什么小球碰不到鼻子了吗？生：因为小球摆动过程中机械能有损失，受到了空气阻力；即使没有