高一物理机械能守恒定律的应用教案42

1 / 12高一物理机械能守恒定律的应用教案 42本资料为 WoRD 文档，请点击下载地址下载全文下载地址 机械能守恒定律的应用一、教学目标1在物理知识方面要求(1)掌握机械能守恒定律的条件；(2)理解机械能守恒定律的物理含义2明确运用机械能守恒定律处理问题的优点，注意训练学生运用本定律解决问题的思路，以培养学生正确分析物理问题的习惯3渗透物理学方法的教育，强调用能量的转化与守恒观点分析处理问题的重要性二、重点、难点分析1机械能守恒定律是力学知识中的一条重要规律是一个重点知识特别是定律的适用条件、物理意义以及具体应用都作为较高要求2机械能守恒定律的适用条件的理解以及应用，对多数学生来说，虽经过一个阶段的学习，仍常常是把握不够，出现各式各样的错误这也说明此项正是教学难点所在三、教具投影片若干，投影幻灯，彩笔，细绳，小球，带有两个小球的细杆，定滑轮，物块 m、m，细绳2 / 12四、教学过程设计(一)复习引入新课1提出问题(投影片)(1)机械能守恒定律的内容(2)机械能守恒定律的条件2根据学生的回答，进行评价和归纳总结，说明(1)机械能守恒定律的物理含义(2)运用机械能守恒定律分析解决物理问题的基本思路与方法(二)教学过程设计1实例及其分析问题 1 投影片和实验演示如图 1 所示一根长 L 的细绳，固定在 o 点，绳另一端系一条质量为 m 的小球起初将小球拉至水平于 A 点求小球从 A 点由静止释放后到达最低点 c 时的速度分析及解答：小球从 A 点到 c 点过程中，不计空气阻力，只受重力和绳的拉力由于绳的拉力始终与运动方向垂直，对小球不做功可见只有重力对小球做功，因此满足机械能守恒定律的条件选取小球在最低点 c 时重力势能为零根据机械能守恒定律，可列出方程：3 / 12教师展出投影片后，适当讲述，然后提出问题问题 2 出示投影片和演示实验在上例中，将小球自水平稍向下移，使细绳与水平方向成 角，如图 2 所示求小球从 A 点由静止释放后到达最低点 c 的速度分析及解答：仍照问题 1，可得结果问题 3 出示投影片和演示实验现将问题 1 中的小球自水平稍向上移，使细绳与水平方向成 角如图 3 所示求小球从 A 点由静止释放后到达最低点 c 的速度分析及解答：仿照问题 1 和问题 2 的分析小球由 A 点沿圆弧 Ac 运动到 c 点的过程中，只有重力做功，满足机械能守恒取小球在最低点 c 时的重力势能为零根据机械能守恒定律，可列出方程：2提出问题比较问题 1、问题 2 与问题 3 的分析过程和结果可能会出现什么问题引导学生对问题 3 的物理过程作细节性分析起初，小球在 A 点，绳未拉紧，只受重力作用做自由落体运动，到达 B 点，绳被拉紧，改做4 / 12进一步分析：小球做自由落体运动和做圆周运动这两个过程，都只有重力做功，机械能守恒，而不是整个运动过程机械能都守恒，因此原分析解答不合理引导学生进一步分析：小球的运动过程可分为三个阶段(1)小球从 A 点的自由下落至刚到 B 点的过程；(2)在到达 B 点时绳被拉紧，这是一个瞬时的改变运动形式的过程；(3)在 B 点状态变化后，开始做圆周运动到达 c 点通过进一步讨论，相互启迪，使学生从直觉思维和理论思维的结合上认识到这一点前后两个过程机械能分别是守恒的，而中间的瞬时变化过程中由于绳被拉紧，vB 在沿绳方向的分速度改变为零，即绳的拉力对小球做负功，有机械能转化为内能，机械能并不守恒因此，对小球运动的全过程不能运用机械能守恒定律正确解答过程如下：(指定一个学生在黑板上做，其余学生在座位上做，最后师生共同讨论裁定)小球的运动有三个过程(见图 4)：(1)从 A 到 B，小球只受重力作用，做自由落体运动，机械能守恒到达 B 点时，悬线转过 2角，小球下落高度为 2Lsin，取 B 点重力势能为零根据机械能守恒定律5 / 12(2)小球到达 B 点，绳突然被拉紧，在这瞬间由于绳的拉力作用，小球沿绳方向的分速度 vB减为零，垂直绳的分速度 vB不变，即(3)小球由 B 到 c 受绳的拉力和重力作用，做初速度为vB的圆周运动，只有重力做功，机械能守恒，有：联立、式可解得 vc教师对问题 1、2、3 的分析及解答过程，引导学生归纳总结进一步提出问题问题 4 出示投影片和演示实验如图 5 所示，在一根长为 L 的轻杆上的 B 点和末端 c 各固定一个质量为 m 的小球，杆可以在竖直面上绕定点 A 转动，现将杆拉到水平位置与摩擦均不计)解法(一)：取在 c 点的小球为研究对象在杆转动过程中，只有重力对它做功，故机械能守恒有：解法(二)：取在 B 点的小球为研究对象，在杆转动过程6 / 12中，只有重力对它做功，故机械能守恒：由于固定在杆上 B、c 点的小球做圆周运动具有相同的角速度，则 vBvc=rBrc=23，现比较解法(一)与解法(二)可知，两法的结果并不相同提出问题：两个结果不同，问题出现在何处呢？学生讨论，提出症结所在教师归纳总结，运用机械能守恒定律，应注意研究对象(系统)的选取和定律守恒的的条件在本例题中出现的问题是，整个系统机械能守恒，但是，系统的某一部分(或研究对象)的机械能并不守恒因而出现了错误的结果师生共同归纳，总结解决问题的具体办法由于两小球、轻杆和地球组成的系统在运动过程中，势能和动能相互转化，且只有系统内两小球的重力做功，故系统机械能守恒选杆在水平位置时为零势能点则有 E1=0而 E1=E2，7 / 12教师引导学生归纳总结以上解法的合理性，并进一步提出问题，对机械能守恒定律的理解还可有以下表述：物体系在任意态的总机械能等于其初态的总机械能物体系势能的减小(或增加)等于其动能的增加(或减小)物体系中一部分物体机械能的减小等于另一部分物体机械能的增加请同学分成三组，每组各用一种表述，重解本例题共同分析比较其异同，这样会更有助于对机械能守恒定律的深化为此，给出下例，并结合牛顿第二律的运用，会对整个物理过程的认识更加深刻已知，小物体自光滑球面顶点从静止开始下滑求小物体开始脱离球面时 =？如图 6 所示先仔细研究过程从运动学方面，物体先做圆周运动，脱离球面后做抛体运动在动力学方面，物体在球面上时受重力 mg 和支承力 N，根据牛顿第二定律物体下滑过程中其速度 v 和 均随之增加，故 N 逐步减小直到开始脱离球面时 N 减到零两个物体即将离开而尚8 / 12未完全离开的条件是 N=0解：视小物体与地球组成一系统过程自小物体离开顶点至即将脱离球面为止球面弹性支承力 N 为外力，与物体运动方向垂直不做功；内力仅有重力并做功，故系统机械能守恒以下可按两种方式考虑(1)以球面顶点为势能零点，系统初机械能为零，末机械能为机械能守恒要求两种考虑得同样结果注(1)本题是易于用机械能守恒定律求解的典型题，又涉及两物体从紧密接触到彼此脱离的动力学条件，故作详细分析(2)解题前将过程分析清楚很重要，如本题指出，物体沿球面运动时，N 减小变为零而脱离球面若过程分析不清将会导致错误为加深对机械能守恒定律的理解，还可补充下例投影片一根细绳不可伸长，通过定滑轮，两端系有质量为 m 和9 / 12m 的小球，且 mm，开始时用手握住 m，使系统处于图 7 所示状态求：当 m 由静止释放下落 h 高时的速度(h 远小于半绳长，绳与滑轮质量及各种摩擦均不计)解：两小球和地球等组成的系统在运动过程中只有重力做功，机械能守恒有：提问：如果 m 下降 h 刚好触地，那么 m 上升的总高度是多少？组织学生限用机械能守恒定律解答解法一：m 触地，m 做竖直上抛运动，机械能守恒有：解法二：m 触地，系统机械能守恒，则 m 机械能的减小等于 m 机械能的增加即有：教师针对两例小结：对一个问题，从不同的角度运用机械能守恒定律体现了思维的多向性我们在解题时，应该像解本题这样先进行发散思维，寻求问题的多种解法，再进行集中思维，筛选出最佳解题方案2归纳总结引导学生，结合前述实例分析、归纳总结出运用机械能守恒定律解决问题的基本思路与方法(1)确定研究对象(由哪些物体组成的物体系)；10 / 12(2)对研究对象进行受力分析和运动过程分析(3)分析各个阶段诸力做功情况，满足机械能守恒定律的成立条件，才能依据机械能守恒定律列出方程；(4)几个物体组成的物体系机械能守恒时，其中每个物体的机械能不一定守恒，因为它们之间有相互作用，在运用机械能守恒定律解题时，一定要从整体考虑(5)要重视对物体运动过程的分析，明确运动过程中有无机械能和其他形式能量的转换，对有能量形式转换的部分不能应用机械能守恒定律为进一步讨论机械能守恒定律的应用，请师生共同分析讨论如下问题(见投影片)如图 8 所示，质量为 m 和 m 的物块 A 和 B 用不可伸长的轻绳连接，A 放在倾角为 的固定斜面上，而 B 能沿杆在竖直方向上滑动，杆和滑轮中心间的距离为 L，求当 B 由静止开始下落 h 时的速度多大？(轮、绳质量及各种摩擦均不计)(指定两个学生在黑板上做题，其余学生在座位上做，最后师生共同审定)分析及解答如下：设 B 下降 h 时速度为 v1，此时 A 上升的速度为 v2，沿斜面上升距离为 s11 / 12选 A、B 和地球组成的系统为研究对象，由于系统在运动过程中只有重力做功，系统机械能守恒，其重力势能的减小，等于其动能的增加，即有：由于 B 下落，使杆与滑轮之间的一段绳子既沿其自身方向运动，又绕滑轮转动，故 v1 可分解为图 9 所示的两个分速度由图 9 知：由几何关系知：综合上述几式，联立可解得 v1教师归纳总结五、教学说明1精选例题作为机械能守恒定律的应用复习课，应在原有基础上，进一步提高分析问题和解决问题的能力为此，精选一些具有启发性和探讨性的问题作为实例是十分必要的例如，两道错例，是课本例题的引伸和拓展，基本上满足了上述要求，这对于深化学生对机械能守恒和机械能守恒定律的理解，防止学生可能发生的错误，大有裨益这种对问题的改造过程，也就是从再现思维到创造思维的飞12 / 12跃过程它在深化对知识的理解和发展思维能力方面比做一道题本身要深刻得多2教学方法注重引导、指导、评价、发展有效结合(1)教师提供材料，引导学生从中发现问题例如，在错误例题中发现两种结果不同(2)针对不同结果，教师