高中物理第五章 机械能及其守恒定律课件人教版必修二.ppt

机械能及其守恒定律 教材分析与教学建议 一 教材分析 1 新 旧教材编排结构比较 第五章机械能及其守恒定律1追寻守恒量2功3功率4重力势能5探究弹性势能的表达式6探究功与物体速度变化的关系7动能和动能定理8机械能守恒定律9实验 验证机械能守恒定律10能量守恒定律与能源 第八章机械能一 功二 功率三 功和能四 动能动能定理五 重力势能六 机械能守恒定律七 机械能守恒定律的应用 八 伯努利方程实验 验证机械能守恒定律 新 原 原教材以 功是能量转化的量度 结论为基础展开对动能 重力势能的探讨 新教材在了解重力势能和弹性势能的基础上 从实验和理论两方面探究功与物体速度变化的关系 得出动能和动能定理的表达式 功能关系是逐步渗透的 新教材增加 探究弹性势能的表达式 但对结论不作要求 增加 删去 2 新 旧教材总体特点比较 从知识结构方面看新 旧教材结构上基本相同 新补充的内容 使知识线索更系统 更流畅 对教学活动不大会产生不适应的情况 从教学内容方面看新增加的内容给学生提供了一些探究与体验的机会 体现了新课程所倡导的探究发现和合作学习的教学理念 也使教材内容的连贯性和趣味性更强 可读性更好 因此 不会对教学工作产生多大的影响 从教学内容方面看新增加的内容给学生提供了一些探究与体验的机会 体现了新课程所倡导的探究发现和合作学习的教学理念 也使教材内容的连贯性和趣味性更强 可读性更好 因此 不会对教学工作产生多大的影响 从教育理念方面看新教材重视 过程 目标的落实 重视 情感 目标的体现 重视联系学生的生活 社会实践和现代科技 教师如何在新教材的基础上通过自己的再创造 在课堂教学中更好地体现新课程的理念 是实施新课程中急需解决的问题 从教育理念方面看新教材重视 过程 目标的落实 重视 情感 目标的体现 重视联系学生的生活 社会实践和现代科技 教师如何在新教材的基础上通过自己的再创造 在课堂教学中更好地体现新课程的理念 是实施新课程中急需解决的问题 从教学策略方面看新教材在文字处理和插图的选择上更趋向于生活化 通俗化 二 教学建议 教材中有明显变化的地方 一 教材的结构更和谐 新教材中 机械能部分内容为什么会是这样的一个结构 旧教材的知识结构 如果一个物体能对外做功 但是 在物理学的发展中 能量并不是由功定义的 能量的概念是人类在 追寻守恒量 的过程中发展起来的 能量的概念之所以重要 是因为它是一个自然界中十分重要的守恒量 基于这样的认识 新教材中 把守恒思想的提出放到了具体的概念之前 新教材的知识结构 追寻运动中的守恒量 显然 新 旧教材相比 新教材中的处理方法 更加符合学生的认识规律 使知识的托出更自然 更和谐 也更符合物理学发展的历史事实 对学生来说 这样的处理 作为一种学习资源 在其分析处理实际问题时的可借鉴性也更强 因此 把 寻找守恒量 作为本章的开篇内容是很有意义的 从整体上考虑 寻找守恒量 这节课很重要 一定要认真对待 但这节课 不必在知识深度上多动脑筋 只要利用实验 动画等媒体增强直观性教学 让学生感到有劲 有趣 有意思 能吊起学生的胃口 能够使学生在头脑中产生一定的想法就可以了 教学中要尽可能体现好探究性 如果能结合实验开展讨论式教学那就更好了 但课前要进行精心的准备 寻找守恒量 的一些教学素材 原教材关于重力势能和动能的教学线索及特点 功和能 通过四个实例讲解 功是能能量转化的量度 运动员举重做了多少功 就有多少化学能转化为重物的重力势能 压缩的弹簧对小球做了多少功 就有多少弹性势能转化为动能 机车拉着列车加速 牵引力对列车做了多少功 就有多少内能转化为机械能 起重机提升重物 钢绳的拉力对重物做了多少功 就有多少电能转化为机械能 动能和动能定理 根据 飞机牵引力做了多少功 飞机的动能就增加多少 来确定动能表达式 推导得出 确定动能的表达式 把上述表达式的结论称为动能定理 重力势能 根据重力的功确定重力势能表达式为mgh 说明重力功和物体势能变化的关系 说明重力做功跟路径无关 特点 1 功是能量转化的量度 是作为事实提出的普遍性结论 2 功是能量转化的量度 是确定动能和重力势能表达式的根据 3 把动能和动能定理两个知识的形成结合起来在同一节课讲授 新教材关于重力势能和动能的教学线索及特点 重力势能 重力做功跟路径无关 证明后得出结论 定义重力势能ep mgh 概括得出重力功与重力势能的关系wg ep1 ep2 说明重力势能的大小具有相对性 势能属于系统所共有 探究弹性势能的表达式 类比重力与重力势能的关系 明确弹性势能表达式取决于弹力做功的表达式 对弹力做功的表达式进行理论探究 动能和动能定理 推导得出 分析 就是我们寻求的动能表达式 称为动能定理 探究做功与物体速度变化的关系 背景 已知重力功跟重力势能 弹力功跟弹性势能的变化关系 若不考虑势能 外力对物体做将功产生什么效果 实验探究后初步得出 外力对静止物体做的功跟物体获得速度的平方成正比 重力功和重力势能的关系 是学生第一次接触到的功能关系的例子 功能关系的知识从此开始渗透 因此 对重力势能的学习 需要比较系统和深入 弹簧的弹力做功也跟路径无关 用相同的思路分析弹力功跟弹性势能的关系 对功能关系的知识进行了一次巩固和拓展 二 较好地体现了 探究性学习 的教学理念 重力势能 推演 直观 探究功与物体速度变化的关系动能和动能定理 直观 推演 探究弹性势能的表达式 推演 对以下教学内容的处理更科学 教学案例 重力势能 的教学 功与能的关系问题 在 重力势能 中进行了第一次的汇合 运用 功是能量变化的量度 的思想 引出了重力势能 揭示了重力的功与重力势能变化量间的关系 以后 我们还要运用这一思想来统领弹性势能 动能和动能定理及机械能的知识 构建好知识系统 可见 重力势能 一节是非常关键的教学环节 因此 教学中 我们既要重视 演绎 的方法 也要注重形象思维能力的培养 努力转变 重推演 轻直观 的教学观念 探究过程 重力做功的特点 教学反思 在重力势能的教学中 尽管我们也会运用实验的方法首先让学生对重力势能形成一定的感性认识 但在得出重力势能 揭示重力的功与重力势能变化量间的关系时 主要还是运用了推演的方法 教学案例 探究弹性势能的表达式 的教学 为什么要增加 探究弹性势能表达式 这节课文 不要求学生掌握探究结论 重力功与重力势能关系的延伸 动能定理的铺垫 对 弹簧的弹性势能跟哪些物理量有关 进行科学猜想 变与不变 思想的拓展 从速度变化迁移到力的变化 用图象处理变化过程的累积效果 由根据v t图象求匀变速运动的位移迁移为根据f l图象求变力的功 经历一次理论探究过程 根据探究结果来概括物理结论 过程与方法目标的实现 需要情景的积累以及不断巩固 引伸和拓展 链 探究弹性势能表达式的过程 是建立在重力势能教学的基础上的 尽管也是一次探究活动 但教材对探究过程的处理方法却是完全不同的 问题表达 1 课题的发现 重力势能 2 探究过程 3 思想交流 不要一提到探究 就想到实验 科学探究的目的在于通过学生自主的探究行为 变求知为已知 其中是否有实验 不是问题的本质特征 关于弹性势能表达式的探究 尽管没用实验 但探究的过程却体现得很好 可见 课堂上的探究活动 并不在于什么形式 关键在于是否体现了探究的意识 是否渗透了探究的方法 教学反思 在重力势能的教学中 尽管可以运用实验或动画的方法让学生体会重力的功与重力势能变化间的关系 但在得出重力势能 揭示重力的功与重力势能变化量间关系时 主要还是运用了推演的方法 教学案例 探究功与物体速度变化的关系 动能 直观感受 演绎推理 弄清楚动能定理的物理意义 1 教学内容结构 2 教材分析 1 引入本节内容的主要目的是为了让学生经历和体验探究的过程 培养学生探究的能力 本节与 动能和动能定理 一起构成了一个较为完整的研究课题 对学生课题意识的形成 探究能力的培养和发展会产生不可低估的作用 2 本节内容 只是为下一节 动能和动能定理 的理论推导奠定一个认识基础 并没有直接给出动能定理 而没有动能定理 又不能完整叙述功与速度 功与速度的变化 功与速度二次方间的关系 教师在教学中应灵活把握 探究功与物体速度变化的关系 教学目标分析 关于动能表达式 实验 理论 探究过程中的实验过程 经历对橡皮筋方案的分析 提高实验设计能力 学会 操作技巧 选择数据点 提高收集数据的能力 定量分析数据 提高实验数据的处理能力 对w和v定量关系的作出猜想 确定用图象来验证猜想的操作思路 体验通过改变坐标轴的设定 使图象是一条直线 有条件的 用数表软件教学数据处理 3 教学建议 2 做好实验是关键 而橡皮筋的选择是重中之重 3 实验中要先引导学生实验中要测量哪些物理量 可以用哪些方法测 可以采用哪些实验方法 根据现有的实验条件 选择什么方案为好 应该怎样进行实验 怎样进行实验数据的处理 1 本节教材的重点是得出功与物体速度变化的关系 探究过程中实验的设计以及实验数据的采集与处理 难点是如何引导学生进行积极的思考 使学生既能发挥创造性思维 也能够围绕本节的重点把探究过程深入下去 探究功与物体速度变化的关系 实验方案设计 橡皮筋法 重力法 实验设计拓展 橡皮筋法 和 重力法 的优缺点对比 橡皮筋法 相对 重力法 的优缺点 能获得倍数的功 易于数据定量关系的猜想 易于和光电门组合 和打点计时器组合要测多次数据 装置 操作稍复杂 和原先实验没有重复感 不会误认是运动学实验 4 实验技能点提醒 橡皮筋的选择 实验装置的改进 实验情景展示 实验数据处理 用计算机拟合较好 经验共享 1 为了使得坐标平面上各对应点的分布能成较为明显的非线性 可以考虑采用以下几项措施 在小车上加砝码 通过增加小车质量的方法 使小车速度不致过快 画曲线时加大坐标轴的单位长度 从原点o开始描绘图线 经验共享 2 为了使与的关系更加直观明确 在让学生对图象进行 的关系分析后 要适时地引导学生思考是否可以通过描绘图线来看看 间的函数关系 实验 验证机械能守恒定律 过去 只写如何操作 得出什么结论 现在 要注意下面几个问题 1 重物下落过程中 除了重力外会受到哪些阻力 怎样减少这些阻力对实验的影响 2 重物下落时 最好选择什么样的两个位置作为过程的开始和终结 4 实验报告中要写明 以及对结论可靠性的评估 包括对可能产生的误差的分析 实验 验证机械能守恒定律 教材分析 2 在利用教材中提供的方法测瞬时速度时 要让学生弄清楚其中的道理 特别要引导学生体会这种测瞬时速度的方法与第一 二章所用方法的差异 1 在 实验 验证机械能守恒定律 的处理中 与旧教材相比 在实验方法上作了改进 首先 实验要求用天平测出重物的质量 以便计算重物的动能和势能改变量的数值 其次 在测量点的选择上 并不要求起始点的速度为零 因此 在选择纸带时 第一 二点间的距离是否接近2 第一个点是否清晰也就无关紧要了 三 教学内容更加生活化 教材更加关注生产和生活中的实际问题 1 能源问题 在涉及能量转化和转移的方向性问题时 教材中只是简单地提到 在选修1 2和选修3 3中有深入的地介绍 但考虑到我省的实际教学要求来看 大部分学生将不再选学这部分内容 因此 教师在教学中需要给予足够的重视 2 功如果单从知识的角度来看 这节内容跟旧教材相比没什么变化 但它与生产和生活的联系更密切了 3 功率功率的教学中 通过对汽车换档问题的分析帮助学生理解物理意义 生活化的味道更浓 趣味性更强 应用性也更好了 4 教材中 插图的选择更加注重生产和生活中的实际问题 教学措施 提高课堂教学的开放性 这些教学内容 学生比较熟悉 要求不高 也不需要 深挖洞 要努力提高课堂教学的开放性程度 1 抓住 既然能量是守恒量 不可消灭 可为什么我们还要节约能源 的讨论 把 能量守恒定律与能源 整合成专题讨论课 2 可以把 功 与 功率 整合成具有探究性味道的研究课 教学案例 能量守恒定律与能源 本节内容是对本章内容的总结和扩张 通过预先布置进行资料的搜集与整理及调查研究的方法准备专题讨论的过程 可以提高课堂教学的趣味性 有效性 也可以提高学生小课题研究的意识和能力 学生通过机械能的学习 容易体会到科学概念的作用在于它是对一些自然现象的抽象与概括 能量就是从千差万别的各种自然现象中抽象出来的概念 在学生头脑中 已经形成了许多有关能量转化的图景 他们也具备了从 机械能的转化和守恒 问题联想扩展到 自然界中各种能量在转化和转换中总能量是否会守恒 的能力 讨论提纲 应根据教材的要求 针对学生现有的知识水平和认知水平编拟讨论提纲 1 请你说说 人类在建立起能量守恒定律过程中经历了哪些主要的事件 哪些科学家在作出了卓著的贡献 请您利用网络 报刊杂志及图书资料进行搜集与整理 2 导致能量守恒定律最终确立的重要事实有哪些 能量守恒定律的发现是偶然的 还是人类对自然认识发展到一定阶段后必然的产物 3 有人曾经怀疑某种过程中 能量不守恒 这是怎么回事 4 能量守恒定律是怎么表述的 在力学范畴内 能量守恒定律应该如何表达 5 能量守恒定律在什么范围内成立 6 能源是人类社会的物质基础 人类利用能源大致经历了哪几个过程 7 为什么说能源短缺和环境恶化已成为关系到人类社会能否持续发展的大问题 8 近几年来 人们常常讲到温室效应 什么是温室效应 温室效应有什么特征 9 既然能量是守恒的 不可能消灭 为什么我们还要节约能源 10 什么叫能量耗散 你怎么看待能量耗散 11 你是怎么理解 能量的利用受方向性的制约 这句话的意思的 请你举例说明 12 请你调查一下附近的工厂企业和学校单位中能源的利用情况 在分析综合的基础上写一篇调查报告 向政府的有关部门提出自己的建设性的意见或建议 教学设计 编撰讨论提纲 针对教师印发的问题提纲 利用网络 报刊杂志和图书资料搜集有关资料 根据问题提纲进行小组讨论 由小组代表提出讨论中尚需进一步明确或需要其他人帮助的问题 针对问题提纲与学生提出的问题进行针对性讲解 还要布置学生写研究报告 四 知识深度的控制更合适 1 不要求用功的公式计算变力的功 但作为能力培养的途径 可以通过讨论的方式帮助学生打开思维的通道 给学生留一个思维的窗口 以达到开阔学生视野的目的 2 新教材删去了汽车以恒定功率启动的问题 这是由于这种情景是不符合实际情况的 教学中 千万不要再补充这样的习题 以免人为地加重学生的负担 3 在 探究弹性势能表达式 中 教材中尽管花了相当的篇幅研究弹性势能的引入问题 但并不要求得出弹性势能的表达式 第5章 机械能及其守恒定律 不要求用功的定义式计算变力的功例1 用铁锤把小铁钉钉入木板 设木板对钉子的阻力与钉进木块的深度成正比 已知铁锤第一次将钉子钉进深度d 如果铁锤第二次钉钉子时对钉子所做功与第一次相同 那么第二次钉子进入木板的深度是 a 1 db 1 dc 1 d 2d 例2 如图甲所示 质量为m 1kg的物体在力f作用下由静止开始运动 f随物体位移的变化图线如图乙所示 1 在物体移动5m的过程中 力f所做的功为多大 2 物体运动的最大速度为多大 例3 一质量为m的木块静止在光滑的水平面上 用大小为f 方向与水平线成 角的斜向下的恒力作用在此木块上 经过时间t 力f的瞬时功率为 a f2cos2 t mbf2cos2 t 2mcf2t mdf2cos t m 不要求用功率 力和速度的关系式解决力与速度不在一条直线上的问题 例4 如图所示 在倾角为 光滑斜面顶端a放有一质量为m的物体 从静止开始沿斜面下滑 下落h高度到达b点 试求 1 在这一过程中 重力做功的平均功率 2 下滑到b点时 重力做功的瞬时功率 思考 如果改为重力沿斜面分力做功的平均功率与瞬时功率呢 不要求定量讨论机车以恒定功率起动和匀加速起动的问题 例5 在一段平直公路上 一辆质量为1 0 104kg的卡车 速度从5m s均匀地增加到15m s 经过的时间为50s 卡车在运动中受到的阻力为车重的0 05倍 g取10m s2 求 1 卡车在这段时间内的加速度大小 2 当速度是15m s时 卡车发动机的输出功率 3 卡车发动机在这段时间内的平均功率 例6 机车的质量为m 4t 发动机的额定功率为p0 80kw 机车在平直水平面上运动的最大速度为vm 20m s 假若机车受到阻力保持不变 试求 1 机车所受的阻力 2 若机车以额定功率运动 当机车运动速度为v1 10m s时 机车的加速度为多大 3 若此机车从静止开始以a 1m s2的加速度做匀加速直线运动 则这个匀加速过程时间为多大 4 开始运动12s过程中机车牵引力做了多少功 教学要求中的本质问题是什么 加速情况下力的分析 思考 下列两题是否应该被删除 例7 拖拉机的输出功率2 72 104w 拖拉机常用 换档 的方法控制行驶的速度 已知拖拉机的三档速度分别为36km h 46km h和54km h 则拖拉机采用这三档速度时的牵引力各为多大 例8 铁路提速 要解决许多技术问题 增大机车的动力是一个首先必须解决的问题 通常 列车阻力与速度平方成正比 即ff kv2 则要使列车以额定功率匀速行驶的速度从120km h增加到160km h 机车的额定功率必须增大为原来的多少倍 理由 稳定状态 不涉及过程分析及加速时力的分析 不要求用机械能守恒定律求解多个物体 包括需要确定重心的链条 绳子 流体等 的问题 例9 如图所示为一连通器 左右两管的横截面积均为s 内盛密度为的液体 开始时两管内的液面高度差为h 若打开底部中央的阀门k 液体开始流动 最终两液面相平 在这一过程中 液体的重力势能变化了多少 若液体总长度为4h 当阀门k打开后 水在运动过程中受到阻力为零 则液体流动的最大速度为多大 验证机械能守恒定律实验不要求定量分析实验误差 例10 在验证机械能受恒定律的实验中 重锤质量m 0 5kg 一条点迹清晰的纸带如图所示 图略 图中的长度单位是cm 对应b点 重锤的速度vb m s 从起点o到打下b点的过程中重力势能的减小量 ep j 动能的增加量 ek j ep与 ek不相等的原因是 不要求用平均力计算变力的功和利用f l图象求变力的功思考 下列题目是否能够