高中物理 第4章 能量守恒与可持续发展 4.2 研究机械能守恒定律教案 沪科版必修2.doc

4.2 研究机械能守恒定律教研中心教学指导一、课标要求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；4.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;5.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.二、教学建议1.引入 先通过实例定性地分析机械能的相互转化，然后提出如下的问题：如何定量地推导机械能守恒定律呢？在什么条件下，机械能才守恒呢？这就是本节进一步学习机械能守恒定律的目的.2.机械能转化是通过重力或弹力做功来实现的 按教材推导完守恒定律后，可向学生说明能量转化的途径是做功，不同性质的力做功将会引起不同形式的能参与转化.只有重力做功，必定只有重力势能和动能之间的转化；只有弹力做功，必定只有弹性势能和动能之间的转化.如果除了重力（或弹力）做功之外，还有别的力做功，重力势能（或弹性势能）是不是仍然只与动能相互转化呢？教学中可以举物体下落过程中有空气阻力的情况，并引导学生运用动能定理和重力做功与重力势能变化的关系来分析说明.由于物体克服空气阻力做功wf，所以wg-wf=ek.可见，重力做功wg即重力势能的减少量必定大于动能的增加，这是由于内能参与了转化.因此，除重力做功外，还有别的力做功，就不可能只有重力势能和动能之间的转化.有了以上的讨论，机械能守恒定律的推导以及学生理解该定律的条件也就有了基础.3.机械能守恒定律的表述 教材对机械能守恒定律的表述只限于重力势能和动能相互转化的情况，对定律的条件的表述比旧教材进了一步.教材仍然不从“系统”“内力做功”“外力做功”的角度去阐述机械能守恒定律. 弹力做功时的机械能守恒，教材根据大纲的要求没有作定量的论证，教学中可以举一些例子（如弹簧振子）来定性地说明.要使学生知道，只有在弹力做功的情况下，物体的动能和弹性势能发生相互转化，但是机械能的总量保持不变.4.正确认识机械能守恒的条件 关于机械能守恒定律的条件，教学中要注意解决学生中存在的一些模糊认识.例如，有的学生把“只有重力做功”与“只有重力作用”等同起来.为了解决这个问题，可以以物体在光滑斜面上运动为例，让学生讨论：物体不但受到重力作用，还受到支持力作用，物体的机械能守恒吗？为什么？通过讨论使学生认识到，只有重力作用，机械能总量当然保持不变，但如果物体受重力作用之外，还有其他力的作用，机械能也守恒.还有的学生认为：既然只有重力做功机械能才守恒，那么重力不做功时，机械能就不守恒.应使学生认识到，如果重力不做功，就不能引起重力势能的变化，如果其他力也不做功，能量就不可能发生相互转化，总量当然是不变的.例如，细绳拴着的小球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动时，重力和拉力都不做功，能量没有转化，机械能总量不变,但不叫机械能守恒，因为守恒是相对于能量转化而言的. 为了使学生学会用机械能守恒的条件来判断具体运动中机械能是否守恒，可将练习五第（1）题放在课堂上进行讨论.5.应用机械能守恒定律解题的步骤 要使学生懂得，遇到实际问题，首先应分析是否满足机械能守恒的条件，所以，要对物体进行受力分析，然后考虑是否除重力做功外还有其他力做功.如果符合机械能守恒的条件，根据题意选好参考平面，在明确初状态的总机械能和末状态的总机械能后，就可以列方程解出未知量.守恒的等式也可以采用重力势能的改变量等于动能的改变量的形式.6.机械能守恒定律不解决物体做什么运动的问题 一个在一定高度平抛出去的物体，用机械能守恒定律能求出它落地的速率，但无法说明这个物体做什么运动.又如图所示的情况，单摆的摆球与悬点o处在同一水平线上，o下方距离为摆长一半处有一个钉子p.水平释放小球，小球经过b点时，摆线受到p的阻挡，使小球做沿以p为圆心的圆弧运动，但是否能上升到悬点o？如果根据机械能守恒定律，结论是可能的，但能不能上升到o点要看具体条件.在如图的情形中，由于小球上升时，速度越来越小，小球在到达o点之前，重力就迫使它离开圆轨道而做斜上抛运动，如图中所示的曲线mn，以上情况也可以用演示来说明.通过以上例子可知，机械能守恒定律不解决物体做什么运动的问题.资源参考超级球问题 如果你在一个特别大的球上放一个特别小的球（如图），然后把这两个球移到距地h高的地方，释放它们.这时戏剧性的事将发生：当两个超级球中的大球撞击到地面上时，小球将脱离大球，并升高到9倍于h高的地方.为什么呢？让我们来分析这个问题.放在一起的两个超级球从高h的地方掉下来，在它们撞击地面后的一瞬间，由于完全弹性碰撞,大球将以速度v向上，而小球仍以速度v向下运动（如图），这里速度v取决于下式：mv2=mgh 现在假如你站在大球上，你将观察到：小球相对于你的速度为2v（如图）. 把小球与大球之间的碰撞也看成是完全弹性碰撞，因此碰撞前小球的速度相对于大球为2v，碰撞后小球相对于大球的速度应仍为2v，但这时方向相反（如左下图）. 对于大球上的观察者，小球以2v的速度离开大球，而相对于地面上的观察者来说，小球离开地面的速度等于小球相对于大球的速度与大球相对于地面速度的叠加，即等于v2v=3v（如右上图）.因此小球将以相对于地面3v的速度向上运动.这里如果没有大球与小球的配合，小球单个以