高中物理《机械能守恒定律》教案12 新人教版必修2

109 第六节第六节机械能守恒定律机械能守恒定律 教学目标 1 知道什么是机械能 知道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 3 在具体问题中 能判定机械能是否守恒 并能列出机械能守恒的方程式 教学重点 1 理解机械能守恒定律的内容 2 在具体的问题中能判定机械能是否守恒 并能列出定律的数学表达式 教学难点 1 从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件 2 能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒 教学方法 讨论 推导 总结 教学过程 一 导入新课 1 用投影片出示思考题 本章中我们学习了哪几种形式的能 它们各是如何定义的 它们的大小各由什么决定 动能定理的内容和表达式是什么 重力所做的功与物体重力势能的变化之间有什么关系 2 学生回答 本章我们学习了以下几种能 动能 重力势能 弹性势能 物体由于运动而具有的能叫动能 动能与物体的质量及运动的速度有关 物体由于被举高而具有的能叫重力势能 重力势能与物体的质量及被举高的高度有关 物体由于发生弹性形变而具有的能叫弹性势能 弹性势能与形变的程度有关 动能定理的内容是 合力对物体所做的功等于物体动能的变化 即 12 KK EWW 重力所做的功和物体重力势能之间变化的关系为 21 PPG EEW 3 教师总结 同学们要注意动能定理中动能的变化量是末动能减去初动能 而重力做功与重力势能 改变之间关系式中初位置的重力势能与末位置重力势能的差 引入 动能 重力势能 弹性势能属于力学范畴 统称为机械能 机械能 动能和势能 重力势能和弹性势能 统称为机械能 本节课我们就来研究有关机械能的问题 二 新课教学 一 动能和势能可以相互转化 1 举例 竖直上抛的小球 弹簧的一端接在气垫导轨的一端 另一端和滑块相连 让滑块在水平的转道上做往复 运动 2 学生分析上述物理情景中能量是如何转化的 学生答 小球在上升过程中 动能转化为重力势能 小球在下落过程中 重力势能又转 化为动能 弹簧在和物块的往复过程中 动能和弹性势能发生相互转化 3 过渡 通过上述分析 我们得到动能和势能之间可以相互转化 那么在动能和势能 的转化过程中 动能和势能的和有什么变化呢 二 机械能守恒定律的推导 1 用投影片出示两道思考题 思考题一 如图 1 所示 一个质量为 的物体自由下落 经过高度为 的A点 时速度为 下落到高度为h2的B点时速度为 2 试写出物体在A点时 的机械能和在B点时的机械能 并找到这二个机械能之间的数量关系 思考题二 如图 2 所示 一个质量为 的物体做平抛运动 经过高度为 的 1 2 110 A点时速度为 经过高度为 2的B点时速度为 2 写出物体在位置A B时的机械能的 表达式并找出这二个机械能之间的关系 2 把学生分为二小组 一组做思考题一 另一组做思考题二 并进行小组赛 3 教师对首先做完的小组进行激励评价 并抽有代表性的解答方案进行现场评点 4 用投影仪对推导过程进行评析 解 机械能等于物体的动能和势能之和 A点的机械能等于 1 2 1 2 1 mghmv B点的机械能等于 2 2 2 2 1 mghmv 在自由落体运动中 物体只受重力的作用 据动能定理得 2 1 2 2 2 1 2 1 mvmvWG WG mgh1 mgh2 2 2 21 2 1 2 1 2 1 mghmvmghmv 5 学生讨论 上述表达式说明了什么问题 讨论后 学生代表回答 等号左边是物体在初位置时的机械能 等号右边是物体在末位置时的机械能 该式表示 动能和势能之和即总的机械能保持不变 6 师总结 同学们对上述两个表达式的含义理解得很好 我们分别用表示物 21 KK EE 和 体的初动能和末动能 用分别表示物体在初位置的重力势能和末位置的重力势能 21 PP EE 和 则得到 也就是初位置的机械能等于末位置的机械能 即机械能 2211 PKPK EEEE 是守恒的 三 机械能守恒的条件 1 讨论 上边我们通过推导得到了机械能是守恒的这一结论 下边同学们思考 在推导中 我们是以物体做自由落体和做平抛运动为例进行的 请问 上述二种运动 有什么相同和不同之处 学生答 相同点是在上述两种运动中物体只受到重力作用 不同之处是物体运动的路线 不同 自由落体运动是直线运动 而平抛运动是曲线运动 从上述两种运动中 你能猜想一下 机械能在什么情况下守恒吗 学生答 物体只受重力作用 学生还可能答 物体在运动中 只有重力做功 针对上述两种答案 师生评析后师总结 2 教师总结 通过上述分析 我们得到 在只有重力做功的情况下 物体的动能和重力势能发生相互 转化 但机械能的总量保持不变 这个结论叫做机械能守恒定律 板书 机械能守恒定律 条件 只有重力做功 结论 机械能的总量保持不变 3 用投影仪出示讨论题 只有重力做功与物体只受重力有什么不同 学生 所谓只有重力做功 包括两种情况 a 物体只受重力 不受其他的力 b 物体除重力外还受其他的力 但其他力不做功 而物体只受重力仅包括一种情形 用类比的方法得出只有弹力做功的情形中机械能也守恒 三 巩固练习 1 关于物体的机械能是否守恒的叙述 下列说法中正确的是 D A 做匀速直线运动的物体 机械能一定守恒 111 B 做匀变速直线运动的物体 机械能一定守恒 C 外力对物体所做的功等于 0 时 机械能一定守恒 D 物体若只有重力做功 机械能一定守恒 2 在下列实例中运动的物体 不计空气阻力 机械能不守恒的是 BCD A 起重机吊起物体匀速上升 B 物体做平抛运动 C 物体沿着光滑的斜面下滑 D 一个轻质弹簧上端固定 下端系一重物 重物在竖直方向上做上下振动 以物体和弹 簧为研究对象 3 将物体由地面竖直上抛 如果不计空气阻力 物体能够达到的最大高度为 H 当物 体在上升过程中的某一位置 它的动能是重力势能的 2 倍 则这一位置的高度为 A 2H 3 B H 2 C H 3 D H 4 4 质量均为 的甲 乙 丙三个小球 在离地面高为 处以相同的动能在竖直平面内 分别做平抛 竖直下抛 沿光滑斜面下滑 则 A 三者到达地面时的速率相同 B 三者到达地面时的动能相同 C 三者到达地面时的机械能相同 D 以上说法都不正确 四 小结 本节课我们学习了机械能守恒定律 1 机械能守恒的条件是 只有重力或弹力做功 2 在具体判断机械能是否守恒时 一般从以下两方面考虑 对于某个物体 若只有重力做功 而其他力不做功 则该物体的机械能守恒 对于由两个或两个以上物体 包括弹簧在内组成的系统 如果系统只有重力做功或弹 力做功 物体间只有动能 重力势能和弹性势能之间的相互转化 系统与外界没有机械能的 转移 系统内部没有机械能与其他形式能的转化系统的机械能就守恒 3 如果物体或系统除重力或弹力之外还有其他力做功 那么机械能就要改变 假设系统在初态时的动能为E 势能为E 在由状态 1 到状态 2 的过程中 重力或弹 力做的功为W 除重力或弹力以外的其他力的功为W2 则合外力的功为W W2 物体系在 末态 2 时的动能为EK 势能为E 则据动能定理有 KK EEWW 21 又 PP EEW 1 KKPP EEWEE 2 2PKPK EEEEW EEW 2 也就是说 除重力或弹力之外的其他力所做的功 等于物体系统机械能的改变 五 板书设计 1 动能和势能统称为机械能 2 机械能守恒定律 在只有重力做功的条件下 物体的动能和重力势能相