高中物理《机械能守恒定律》教案18 新人教版必修2

1 机械能守恒定律机械能守恒定律 教案教案 知识目标 1 知道应用机械能守恒定律解题的步骤 2 明确应用机械能守恒定律分析问题的注意点 3 理解用机械能守恒定律和动能定理 动量恒定律综合解题的 方法 能力目标 1 针对具体的物理现象和问题 正确应用机械能守恒定律 2 掌握解决力学问题的思维程序 学会解决力学综合问题的方 法 教学目标教学目标 德育目标 1 通过解决实际问题 培养认真仔细有序的分析习惯 2 具体问题具体分析 提高思维的客观性和准确性 教学重点教学重点机械能守恒定律的应用 教学难点教学难点判断被研究对象在经历的研究过程中机械能是否守恒 在应用时要找准始末状 态的机械能 教学方法教学方法1 自学讨论 总结得到机械能守恒定律的解题方法和步骤 2 通过分析典型例题 掌握用机械能守恒定律 动能定律 动量守恒定律解 决力学问题 教学用具教学用具自制投影片 CAI 课件 课时安排课时安排1 课时 教教 学学 步步 骤骤 导导 入入 新新 课课 1 用投影片出示复习思考题 机械能守恒定律的内容是什么 机械能守恒定律的数学表达式是什么 2 学生答 在只有重力做功的情形下 物体的动能和重力势能相互转化 但机械能的总量保持不变 在只有弹力做功的条件下 物体的动能和弹性势能相互转化 但 机械能的总量保持不变 机械能守恒定律的表达式为 1 2 12 2 2 2 1 2 1 mghmvmghmv 2222PKPK EEEE 3 引入 本节课我们来学习机械能守恒定律的应用 板书 机 械能守恒定律的应用 2 新新 课课 教教 学学 1 关于机械能守恒定律的解题的方法和步骤 1 学生阅读本节课文的例 1 和例 2 2 用多媒体出示思考题 两道例题中在解题方法上有哪些相同之处 例 1 中如果要用牛顿第二定律和运动学公式求解 该如何求解 你认为两种解法解例 1 哪种方法简单 为什么 3 学生阅读结束后 解答上述思考题 学生答 课文上的两道例题的解题方法上的相同之处有 a 首先确定研究对象 例 1 中以下滑的物体作为研究对象 例 2 中以小球作为研究对象 b 对研究对象进行受力分析 例 1 中的物体所受的重力和斜面的支持力 例 2 中的小球受到重 力和悬线的拉力 c 判定各个力是否做功 并分析是否符合机械能守恒定律的条 件 例 1 中的物体所受的支持力与物体的运动方向垂直 不做功 物 体在下滑过程中只有重力做功 所以机械能守恒 例 2 中的小球所受的悬线的拉力始终垂直于小球的运动方向 不 做功 小球在摆动过程中 只有重力做功 所以小球的机械能守恒 d 选取零势能面 写出初态和末态的机械能 列方程解答有关 物理量 4 在实物投影仪上展示学生所做的用牛顿运动定律和运动学 公式解答例 1 的过程 解 物体受重力mg和斜面对物体的 支持力F支 将重力沿平行于斜面方向和 垂直于斜面方向分解 得物体所受的 合外力 smsmalv sma l n ga maF mgF t 4 4 29 422 9 4 2 1 sin sin sin 2 合 合 5 把上述解题过程与课本上的解题过程类比 得到应用机械能 守恒定律解题 可以只考虑运动的初状态和末状态 不必考虑两个状 态之间的过程的细节 所以用机械能守恒定律解题 在思路和步骤上 比较简单 6 总结并板书运用机械能守恒定律解题的方法和步骤 明确研究对象 分析研究对象在运动过程中的受力情况以及各力做功的情况 判断机械能是否守恒 确定运动的始末状态 选取零势能面 并确定研究对象在始末 状态时的机械能 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 2 用机械能守恒定律求解实际问题 1 用投影片出示问题 一 在课本例 2 中选择 B 点所在的水平面作为参考平面 则小球运动 到最低点时的速度是多大 2 学生解答 3 在实物投影仪上展示学生的解答过程 解 选择 B 点所在的水平面作为参考平面时 小球在 B 点具体的 重力势能EP1 0 动能EK1 0 机械能EP1 EK1 0 摆球到达最低点时 重力势能EP2 mgh mgl 1 cos 动能EK2 2 2 1 mv 机械能E2 EP2 EK2 2 2 1 mv mgl 1 cos 由E2 E1 0 可得 2 2 1 mv mgl 1 cos cos1 2 glv 3 得到的结果与例 2 结果相同 说明了什么 学生答 说明了用机械能守恒定律解题时 计算结果与参考平面 的选择无关 4 用投影片出示问题 二 物体的质量 m 沿着光滑的轨道滑下 轨道形状如图所示 与 斜轨道相接的圆轨道半径为 R 要使物体沿光滑的圆轨道恰能通过最 高点 物体应从离轨道最低处多高的地方由静止开始滑下 出示分析思考题 a 你选什么做为研究对象 b 对选定的研究对象而言 对它做功的力有哪几个 符合物体机 械能守恒的条件吗 c 物体恰能通过圆轨道最高点的条件是什么 师生讨论后分组得到 a 选物体作为研究对象 b 物体在沿光滑的轨道滑动的整个过程中只有重力做功 故机械 能守恒 c 物体恰好能通过最高点的条件是 R v mmg 2 学生书写解题过程 并在多媒体投影仪上展示解题过程 解 物体在沿光滑的轨道滑动的整个过程中 只有重力做功 故 机械能守恒 设物体应从离轨道最低点 h 高的地方开始由静止滑下 轨道的最低点处水平面为零势能面 物体在运动到圆周轨道的最高点 时的速度为 v 则开始时物体的机械能为 mgh 运动到圆轨道最高点时 机械能为 2 2 1 2mvmgR 据机械能守恒条件有 2 2 1 2mvmgRmgh 要使物体恰好通过圆轨道的最高点 条件是 R v mmg 2 联立上面两式可求出 2 5 2 2 2 2 2 RR R g v Rh 5 用投影片出示问题 三 问题 如图所示 带有光滑的半径为 R 的 1 4 圆弧轨道的滑块静 止在光滑的水平面上 些滑块的质量为 M 一只质量为 m 的小球由静 止从 A 放开沿轨道下嫠 当小球从滑块 B 外水平飞出时 下列两种情 况下小球飞出的速度 A 滑块固定不动 B 滑块可以在光滑的水平面上自由滑动 提出问题 a 在本题的两问中物体和滑块运动时是否受到摩擦力的作用 b 两问中 小球的机械能是否守恒 为什么 c 如果不守恒 那么又该如何求解 学生分组讨论 抽查讨论结果 学生甲 由于轨道和水平地面均光滑 所以小球和滑块在运动过 程中均不受摩擦力的作用 学生乙 在第一种情况下 小球要受到重力 mg 和滑块对小球的弹 力作用 且只有小球的重力做功 故小球的机械能守恒 第二种情况下 小球下滑时 重力势能减少 同时小球和滑块的 动能都增加 所以小球的机械能不守恒 对于第三个问题 学生得不到正确的结果 教师可以进行讲解点 拨 在第二种情况下 小球的重力势能减小 同时小球和滑块的动能 都增加 据能的转化和守恒得到 小球重力势能的减小等于小球和滑 块动能的增加 得到上述关系后 即可求解 用多媒体逐步展示解题过程 解 a 当滑块固定不动时 小球自滑块上的 A 点开始下滑的过程 中 小球要受到重力 mg 和滑块对小球的弹力的作用 而做功的只有小 球的重力 故小球的机械能守恒 设小球从 B 飞出时的水平速度为 v 以过 B 处的水平面为零势能面 则小球在 A B 两处的机械能分别 为 mgR 和 2 2 1 mv 据机械能守恒定律有 mgR 2 2 1 mv可得到gRv2 b 据机械能守恒定律可知 小球重力势能的减少等于小球和滑块 动能的增加 即 2 2 2 1 2 1 2 1 MvmvmgR 又因为小球和滑块构成的系统在水平方向上合外力为零 故系统 在水平方向上动量也守恒 以小球飞出时速度 v1的方向为正方向 据动量守恒定律有 0 21 Mvmv 解上面两式得出 mM MgR v 2 1 即 此时小球飞出的速度大小为 mM MgR 2 教师提问 同学们 本题中的第 1 问还有其他的解法吗 学生充分讨论后 抽查解答 学生答 还可以用动能定理求解 小球从 A 到 B 下滑的过程中 小球的重力做的功 mgR 也就是小球 的合外力的功 轨道对小球的弹力不做功 因而利用动能定理也可以 建立方程 0 2 1 2 1 mvmgR 解出gRv2 教师总结 能用机械能守恒定律解的题一般都能用动能定理解 决 而且省去了确定是否完守恒和选定零势能面的麻烦 反过来 能 用动能定理求解的题却不一定能用机械能守恒定律来解决 在这个意 义上讲 动能定理比机械能守恒定律应用更广泛更普遍 F支 mg 3 巩巩 固固 训训 练练 1 如图所示 桌面高度为 h 质量为 m 的小球从离桌面高 H 处自 由落下 不计空气阻力 假设桌面处的重力势能为零 小球落到地面 前的瞬间的机械能应为 A mgh B mgH C mg H h D mg H h 小小 结结 通过本节课的学习 我们知道了 1 应用机械能守恒定律解题的基本步骤 根据题意 选取研究对象 物体或相互作用的物体系 分析研究对象在运动过程中所受各力的做功情况 判断是否符 合机械能守恒的条件 若符合定律成立的条件 先要选取合适的零势能的参考平面 确定研究对象在运动过程的初 末状态的机械能的值 据机械能守恒定律列方程 并代入数值求解 2 在只有重力和弹力做功的条件下 可应用机械能守恒定律解 题 也可以用动能定理解题 这两者并不矛盾 前者往往不分析过程 的细节而使解答过程显得简捷 但后者的应用更具普遍性 作作 业业 练习六 板板 书书 设设 计计 机械能守恒定律的应用 一 解题步骤 根据题意 选取研究