《机械能守恒定律》导学案1.doc

机械能守恒定律导学案第1课时导学目标 1.能够分析动能和势能之间的相互转化问题.2.能够推导机械能守恒定律.3.会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒.4.能运用机械能守恒定律解决有关问题，并领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性1本章中我们学习了哪几种形式的能？_2动能定理的内容和表达式是什么？_3重力所做的功与物体重力势能的变化之间有什么关系？_4我们在初中学习时知道，在一定条件下，物体的动能和势能可以_.一、动能与势能的转化规律问题情境1物体沿光滑斜面下滑，重力对物体做正功，物体重力势能减少，减少的重力势能到哪里去了？2射箭时，发生弹性形变的弓弦恢复到原来形状时，弹性势能减少了，减少的弹性势能到哪里去了？要点提炼1重力势能的变化是由于重力或弹力做功而引起的如果重力做正功，重力势能_，动能_，意味着重力势能转化为动能；反之，如果重力做负功，重力势能_，动能_，意味着动能转化为重力势能在转化过程中，动能与重力势能之和不变2动能与弹性势能间的转化只有弹力做功时，若弹力做正功，弹性势能_，动能_，弹性势能转化为动能；若弹力做负功，弹性势能_，动能_，动能转化为弹性势能在转化过程中，动能与弹性势能之和不变即学即用1跳伞运动员在空中做自由落体运动的过程中，他具有的()A动能增加，势能减少B动能增加，势能不变C动能减少，势能增加D动能不变，势能减少图12如图1所示，地面上竖直放一根轻弹簧，其下端和地面固定连接，一物体从弹簧正上方距弹簧一定高度处自由下落，则()A物体和弹簧接触时，物体的动能最大B与弹簧接触的整个过程，物体的动能和弹簧弹性势能的和不断增加C与弹簧接触的整个过程，物体的动能与弹簧弹性势能的和先增加后减小D物体在反弹阶段，动能一直增加，直到物体脱离弹簧为止二、机械能守恒定律问题情境质量为m的物体自由下落的过程中，经过高度h1处时速度为v1，下落至高度h2处时速度为v2，不计空气阻力，分析由h1下落到h2过程中机械能的变化？要点提炼1内容：在只有_或_做功的物体系统内，动能和势能会发生相互转化，但机械能的总量保持不变，这称为机械能守恒定律2几种表达式用系统的状态量表达：E初E末，或者Ek1Ep1_，即系统初态的机械能总量等于末态的机械能总量用系统的状态量的增量表述：E0，即系统机械能的_为零用系统动能增量和势能增量间的关系表述：EkEp，即系统动能的增加量等于_若系统只由两个物体组成，则物体A增加的机械能等于物体B减少的机械能，反之也成立，即EAEB或EAEB，或EAEB_.3守恒条件(1)从能量特点看：只有系统_和_相互转化，无其他形式能量之间(如内能)的转化，则系统机械能守恒如物体间发生相互碰撞、物体间发生相对运动且有相互间的摩擦作用时，有内能的产生，机械能一般不守恒(2)从做功特点看：只有_和系统内的_做功，具体表现在：只受重力(或系统内弹力)，如所有做抛体运动的物体(不计空气阻力)图2除重力、弹力外，物体还受其他力，但其他力不做功，如物体沿光滑的曲面下滑，尽管受到支持力，但支持力不做功其他力做功，但做功的代数和为零如图2所示，A、B构成的系统，忽略绳的质量和绳与滑轮间摩擦，在A向下、B向上运动的过程中，FA和FB都做功，但WAWB0，不存在机械能与其他形式能量的转化，则A、B系统机械能守恒即学即用3下列关于机械能是否守恒的叙述中正确的是()A做匀速直线运动的物体机械能一定守恒B做曲线运动的物体机械能可能守恒C外力对物体做功为零时，机械能一定守恒D除重力外，其他力均不做功，物体的机械能守恒4如图3所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是()图3A甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，A机械能守恒B乙图中，在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑时，物体B机械能守恒C丙图中，不计任何阻力时，A加速下落，B加速上升过程中，A、B机械能守恒D丁图中，小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时，小球的机械能守恒5桌面高为h，质量为m的小球从桌面上方高为H处自由下落不计空气阻力，假设桌面处于零势能位置，则小球落到地面前瞬间的机械能为()Amgh BmgHCmg(Hh) Dmg(Hh)三、机械能守恒定律的应用应用机械能守恒定律解题的步骤(1)确定研究对象；(2)对研究对象进行正确的受力分析；(3)判断各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件；(4)视解题方便选取零势能参考平面，并确定研究对象在始、末状态时的机械能；(5)根据机械能守恒定律列出方程，或再辅之以其他方程，进行求解例1一个人站在阳台上，以相同的速率v0，分别把三个球竖直向上抛出、竖直向下抛出、水平抛出，不计空气阻力，则三球落地时的速率()A上抛球最大 B下抛球最大C平抛球最大 D三球一样大图4例2如图4所示，质量为m的物体，以某一初速度从A点向下沿光滑的轨道运动，不计空气阻力，若物体通过轨道最低点B时的速度为3，求：(1)物体在A点时的速度大小；(2)物体离开C点后还能上升多高图5例3如图5所示，在倾角为30的光滑斜面上通过滑轮连接着质量mAmB10 kg的两个物体A和B，开始时物体A固定在离地高h5 m的地方，物体B位于斜面底端，静止释放物体A后，求：(1)物体A即将着地时A的动能(2)物体B离开斜面底端的最远距离(g10 m/s2)机械能守恒定律课前准备区1动能、重力势能、弹性势能2合外力所做的功等于物体动能的变化，即WEk.3重力所做的功和物体重力势能的变化之间的关系为：WGEp1Ep2.4相互转化课堂活动区核心知识探究一、问题情境1在这一过程中，物体的速度增加了，即物体的动能增加了这说明：物体减少的重力势能转化成了动能2在这一过程中，弹力做正功，弓的弹性势能减少，而箭的动能增加了这说明：弓减少的弹性势能转化成了箭的动能要点提炼1减少增加增加减少2减少增加增加减少即学即用1A2C物体在接触弹簧前做的是自由落体运动，从接触弹簧到弹力等于重力做的是加速度逐渐减小的加速运动，弹力等于重力时速度最大，再向下做的是加速度逐渐增大的减速运动，速度减至零后向上完成相反的过程，故A、D错误；接触弹簧后，重力势能先减小后增大，根据能量转化，动能和弹性势能之和先增大后减小，B错误，C正确二、问题情境根据动能定理，有：mvmvWG下落过程中重力对物体做功，重力做的功在数值上等于物体重力势能的变化量取地面为参考平面，有WGmgh1mgh2由以上两式可以得到mvmvmgh1mgh2移项得mvmgh2mvmgh1总的机械能保持不变要点提炼1重力弹力2Ek2Ep2增量势能的减少量03(1)动能势能(2)重力弹力即学即用3BD做匀速直线运动的物体，动能不变，但机械能不一定守恒，如：匀速上升的物体，机械能就不断增大，选项A错误做曲线运动的物体，若只有重力做功，它的机械能就守恒，如：做平抛运动的物体，选项B正确外力对物体做的功为零，是动能不变的条件，机械能不变的条件是除重力外，其他力不做功或做功的代数和为零，选项C错误，选项D正确4BCD甲图中重力和弹力做功，物体A和弹簧组成的系统机械能守恒，但物体A机械能不守恒，A错乙图中物体B除受重力外，还受弹力、拉力、摩擦力，但除重力之外的三个力做功的代数和为零，机械能守恒，B对丙图中绳子张力对A做负功，对B做正功，代数和为零，A、B机械能守恒，C对丁图中小球的动能不变，势能不变，机械能守恒，D对5B小球下落过程中，只有重力做功，机械能守恒，因为选取桌面为参考平面，所以开始时机械能为mgH，小球落地前瞬间的机械能仍为mgH，故选B.三、例1D三球在空中的运动轨迹虽然不同，但都是只有重力做功，故可用机械能守恒定律求解，选地面为参考平面，对任意球都有mvmghmv，所以vt，因为它们的h、v0(初速度大小)相同，所以落地时速度的大小也相同例2(1)(2)3.5R解析(1)物体在运动的全过程中只有重力做功，机械能守恒，设B点为势能零点设B处的速度为vB，则mg3Rmvmv，得v0.(2)设从B点上升的高度为HB，由机械能守恒可得mgHBmv，HB4.5R所以离开C点后还能上升HCHBR3.5R.例3(1)125 J(2)7.5 m解析(1)A即将着地时，B在斜面上上滑的高度为hsin ，此时A、B的速度大小相等，设为v.对A、B组成的系统，只有重力做功，机械能守恒，则：mAghmAv2mBv2mBghsin ，解得v m/s5 m/s，则EkAmAv21052 J125 J.(2)设B上升的最大高度为h，以地面为参考平面，由机械能守恒定律，得：mBghsin mBv2mBgh，得h m3.75 m，则B离开底端的最远距离为L m7.5 m第2课时实验：验证机械能守恒定律导学目标 1.要明确选取纸带及测量瞬时速度的简单而准确的方法.2.通过亲自操作和实际观测掌握实验的方法与技巧.3.通过对纸带的处理过程，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法1机械能守恒定律的条件是什么？_2回顾以前学过的运动，哪种运动形式符合验证机械能守恒定律的条件？_3如何利用纸带求解瞬时速度？_一、实验原理及实验过程1实验目的验证机械能守恒定律2实验原理做自由落体运动的物体下落的高度为h时速度为v，则物体的重力势能减少量为mgh，动能增加量为mv2，如果mghmv2，即ghv2，就验证了机械能守恒定律3实验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源(46 V)4实验步骤(1)安装：将打点计时器固定在铁架台上；用导线将打点计时器与低压交流电源相连接(2)接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落重复几次，打下35条纸带(3)选纸带：选取点迹较为清晰的挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0，1，2，3.(4)数据测量：测出0到点1、点2、点3的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3.问题延伸在本实验操作的具体过程中会遇到哪些问题？通过该问题的设置，学生对实验中可能遇到的问题进行预测，并提出相应的解决方法(1)重物下落的过程中除受重力外，还受到哪些阻力？怎样减小这些阻力对实验的影响？(2)重物下落时最好选择哪两个位置作为过程的开始和结束的位置？(3)本实验中用的重锤，质量大一些好还是小一些好？为什么？(4)质量是否为本实验必须测量的量？例1用自由落体验证机械能守恒定律，就是看mv是否等于mghn(n为计时点的编号0、1、2n)下列说法中正确的是()A打点计时器打第一个点0时，物体的速度为零Bhn是计时点n到起始点0的距离C必须要测量重物的质量D用vngtn计算vn时，tn(n1)T(T为打点周期)例2某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤：A用天平称出重物的质量B把纸带固定到重物上，并把纸带穿过打点计时器，提升到一定高度C拆掉导线，整理仪器D断开电源，调整纸带，重做两次E用秒表测出重物下落的时间F用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离，记录数据，并计算出结果，得出结论G把打点计时器接到低压交流电源上H接通电源，释放纸带I把打点计时器接到低压直流电源上J把打点计时器固定到桌边的铁架台上上述实验步骤中错误的是_，可有可无的是_，其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是_(均只需填步骤的代号)二、数据处理、误差分析和注意的问题1数据处理(1)利用公式vn，计算出点1、点2、点3的瞬时速度v1、v2、v3.(2)要验证的是mv2mgh或mvmvmgh，只需验证v2gh或vvgh，因此不需要测量重物的质量m.验证：通过计算，在误差允许的范围之内验证v与ghn是否相等或vv与ghmn是否相等2误差分析(1)本实验的误差主要是由于纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差(2)测量时采取多次测量求平均值来减小偶然误差，安装打点计时器使两限位孔中线竖直，并且选择质量适当大些，体积尽量小些的重物来减小系统误差3实验注意事项(1)打点计时器安装要稳固，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力(2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小(3)实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落(4)本实验中的两种验证方法均不需要测重物的质量m.(5)速度不能用vgt或v计算，应根据纸带上测得的数据计算瞬时速度例3(1)从下列器材中选出做验证机械能守恒定律实验时所必需的器材，其编号为_A打点计时器(包括纸带)B重物C天平D毫米刻度尺E秒表F运动小车(2)打点计时器的安装放置要求为_；开始打点计时的时候，应先_，然后_(3)实验中产生系统误差的原因主要是_，使重物获得的动能往往_为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择_(4)如果以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2/2h图线是_，该线的斜率等于_例4在“验证机械能守恒定律”的实验中，某同学实验时，手总是抖动，找不出一条起始点迹清晰的纸带，该同学便选取一段纸带进行测量，如图1所示，A、B、C、D、E、F都是以2个计时点为1个计数点，其测量结果是AB4.53 cm，AC10.58 cm，AD18.17 cm，AE27.29 cm，AF37.94 cm.(频率为50 Hz)图1(1)若重锤质量为m，从B到E重力势能减少了多少？(2)从B到E动能增加了多少？(3)试对实验结果进行分析第2课时实验：验证机械能守恒定律课前准备区1机械能守恒定律的条件是：物体系统内只有重力或弹力做功2自由落体运动只受重力，符合验证条件3如图所示，由于纸带做匀加速运动，故有A、C之间的平均速度：AC根据速度公式有：vBvAat，vCvBat故有：vBvAvCvB即vB从而vBAC.课堂活动区核心知识探究一、问题延伸(1)重物下落的过程中，除受重力外，还要受空气阻力和打点计时器对纸带的摩擦力安装打点计时器时注意保持竖直，重物要选择质量大一些的(2)为减小测量高度h值的相对误差，选取的各计数点要离起始点远一些要从起始点开始测量出h1、h2，再求出hh2h1.(3)重锤应该选择质量大一些、体积小一些的，可以有效地减小空气阻力的影响(4)质量并非必须测量的量，在需要计算具体的能量数值时才需要测量例1AB本实验的原理就是利用重物的自由落体运动来验证机械能守恒定律因此打点计时器所打的第一个点，重物运动的速度应为零hn与vn分别表示打第n个点时重物下落的高度和对应的瞬时速度本实验中，不需要测量重物的质量因为公式mghmv2的两边都有m，故只要ghv2成立，mghmv2就成立，机械能守恒定律也就被验证了例2E、IAJGBHDCF解析对于物理实验，掌握实验原理和操作方法是最基本的要求只有掌握了实验原理，才能判断出实验步骤中哪些是错误的，哪些是必要的；只有亲自动手进行认真的操作，才能正确地对实验步骤按序排列上述实验步骤中错误的是E和I，因为实验中不需要测定