《功和能》教案2

功和能功和能 第一课时第一课时 一 教学目的 一 教学目的 1 知道在能量相互转化过程中 转化了的能量的多少 可以由做功的多少来确定 2 知道做功的过程就是物体能量的转化过程 3 知道功是能量转化的量度 4 为后面定量地描述动能和势能及机械能做好准备 二 重点难点 二 重点难点 1 理解做功的过程就是物体能量的转化过程是本节的重点 2 理解功是能量转化的量度是本节的难点 3 能源问题是本节课对学生的一个能力培养点 三 教学方法 三 教学方法 演示 讲授 讨论 练习 四 教具 四 教具 滚摆 皮球 重物 弹簧 五 教学过程五 教学过程 一一 引入新课引入新课 复习提问 在初中 我们已经学过关于能的初步知识 请说出学过哪几种形式的能 机械能 热能 电能 化学能等 不同形式的能量是可以相互转化的 各种形式的能量之间的转化是由什么量来量度呢 板书课题 第三节 功和能 二二 进行新课进行新课 提问 请同学们举出一些物体能够做功的例子 1 流动的河水能够推动水轮机做功 说明流动的河水能够做功 2 人们在打桩时 先把重锤高高举起 重锤落下就把木桩打入地里 说明被举高的重 锤能够做功 3 风吹着帆船航行 流动的空气能够对帆船做功 4 运动着的钢球打在木块上 能把木块推走 运动的钢球能够做功 5 射箭运动员把弓拉弯 放手后被拉弯的弓能把箭射出去 说明拉弯的弓能够做功 引导学生分析物体能够做功的共同点就是都有做功的本领 能 1 一个物体能够对外做功 我们就说这个物体具有能量 提问 我们知道 各种不同形式的能量可以相互转化 而且在转化过程中守恒 那么 在这个转化过程中 功扮演着怎样的角色 讨论 1 只有重力做功时 重力势能和动能发生相互转化 演示 把一个滚摆悬挂在框架上 用手捻动滚摆使悬线缠在轴上 滚摆升高到最高点 放开手 观察滚摆的运动 并思考它的动能和势能的变化 分析说明 滚摆升高到最高点 放开手 在下落过程中 滚摆的动能增加 同时滚摆 的重力势能减少 重力对滚摆做了功 重力对滚摆做了多少功 就有多少重力势能转化为 动能 同理 在上升过程中 滚摆克服重力做功 滚摆的重力势能就增加 滚摆克服重力 做了多少功 重力势能就增加多少 小结 物体转化了的能量的多少可以由做功的多少来量度 2 只有弹力做功时 弹性势能和动能发生相互转化 演示 拿一根弹簧 水平放置 一端固定 另一端上放一小球并压缩 待静止后放手 小球将被弹出去 观察小球离开弹簧前弹簧的形变及小球的运动情况 并思考弹性势 能和动能的变化 分析说明 被压缩的弹簧放开时把小球弹出去 小球的动能增加 同时弹簧的势能减 少 弹簧对小球做了多少功 就有多少弹性势能转化为动能 小结 物体转化了的能量的多少可以由做功的多少来量度 3 机械能与内能的转化 实例 列车在机车的牵引下加速运动 分析说明 列车在机车的牵引下加速运动 列车的机械能增加 同时机车的热机消耗 了内能 牵引力对列车做了多少功 就有多少内能转化为机械能 小结 转化过程中 转化了的能量的多少可以用做功的多少来量度 4 机械能与化学能的转化 实例 用手抛出一个皮球 分析说明 你用手抛出一个皮球 对皮球做功的时候 皮球获得动能 同时贮存在你 体内的化学能减少 你抛球时做的功越多 皮球获得的动能就越多 你体内的化学能减少 的也就越多 实际上 皮球获得的动能是由体内减少的那部分化学能转化来的 而且你做 了多少功 就表示有多少化学能转化为皮球的机械能 小结 转化过程中 转化了的能量的多少可以由做功的多少来量度 实例 起重机提升重物 分析说明 起重机提升重物 重物的机械能增加 同时 起重机的电动机消耗了电能 起重机钢绳的拉力对重物做了多少功 就表示有多少电能转化为机械能 小结 转化过程中 转化了的能量的多少可以由做功的多少来量度 在其他各种形式能之间的转化过程中 同样可以得到以上结果 结论 功这个物理量重要的意义在于它表示了有多少数量的能从一种形式转化为另一 种形式 做功的过程就是物体能量的转化过程 做了多少功 就表示有多少能量发生了转 化 2 功是能量转化的量度 知道了功和能的这种关系 就可以通过做功的多少 定量地研究能量及其转化的问题 了 三三 巩固练习巩固练习 1 演示并解答 皮球从手中落到地上又弹跳起来 你能说出这一过程中能量的转化 2 风车安装在高铁架上端的水平轴上 轴可以随风向转动 风吹动风车转动 可带动 发电机或其它机器工作 试从能量转化的角度说明这个现象 四四 布置作业布置作业 复习本节课文 预习第四节内容 教学要求和说明 教学要求和说明 1 本节是过渡性的一节 目的在于阐述本章的基本线索 使学生知道如何定量地研究 机械能 为后面两节定量地讲述动能和重力势能作好准备 2 要复习初中学过的知识 通过实例使学生理解做功的过程是能量转化的过程 做了 多少功 就有多少能量发生转化 功是能量转化的量度 知道了功和能的这种关系 就可 以通过做功的多少 定量地研究能量及其转化的问题 学生对这个问题的理解 要有一个 过程 要通过这一章的学习以及今后的学习 使学生逐步加深体会 这一节是个开始 使 学生有个初步理解就可以了 第二课时第二课时 第一节 1 两种形式的能 1 相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能 重力势能 弹性势能 2 物体由于运动而具有的能量叫做动能 第二节 1 做功的两个因素 2 功的一般公式 W FLcos 3 对功的一般公式W FLcos 理解 功是标量 过程量 单位 F一般为恒力 可以是某一个力也可以是几个力的合力 但要求这个合力也是恒力 若作 用力是变力 千万不能用 L为力F作用时物体所发生的位移 不一定是力的方向上的位移 是F与L的夹角 要计算功只要找恒力F L和 就可以了 不必计较物体的做怎样的运动 例1 请找出计算功中的 在用功的一般公式力求对物体做功时 W有正负 怎么认识 当 90 时 cos 0 W 0 力做正功 力为动力 当 90 时 cos 0 W 0 力不做功 当90 180 时 cos 0 W 0 力做负功 力为阻力 力做负功也可以说成物体 克服力做正功 4 一个物体受到的力往往不是一个 而且往往有许多力对物体做功 那么如何求几个力对 物体做的合功 先求各个力分别对物体所做功 再求其代数和 先求出合外力 再求合外力做的功 第三节 功率 定义 定义式 单位 物理意义 功率与力和速度的关系 第四节 1 物体由于被举高而具有的能量叫重力势能 2 重力所做功的特点 重力所做功只跟物体的初位置的高度和末位置的高度有关 跟物体运动的路径无关 3 重力所做的功与重力势能的关系 F L 30 F L 150 30 L F 重力所做的功等于物体的重力势能的变化 重力所做的功为 WG mg h mg h1 h2 4 据重力做功与重力势能变化之间的关系进行讨论 用EP1 mgh1来表示物体在初位置的重力势能 用EP2 mgh2来表示物体在末位置的重力势能 则WG EP1 EP2 当物体由高处向低处运动时 h1 h2 WG 0 EP1 EP2 当物体由低处向高处运动时 h1 h2 WG 0 EP1 EP2 重力做正功时 重力势能减少 减少的重力势能等于重力所做的功 物体克服重力做功 重力做负功时 重力势能增加 增加的重力势能等于物体克服重力所做 的功 5 重力势能的公式 EP mgh 重力势能的单位 J 重力势能是标量 是状态量 有正负 正负表示大小 6 重力势能的相对性 相对于参考平面 参考平面的选取是任意的 选取的参考平不同 物体的重力势能的数值是不同的 通常选地面为参考平面 7 势能具有系统性 重力势能是物体和地球组成的系统共有的 弹性势能是物体的各部分 所共有的 第五 六 七节 1 弹性势能 发生形变的物体 在恢复原状时能够对外做功 因而具有能量 这种能量叫弹性势能 形变程度越大 弹性势能也越大 2 弹性势能的大小与什么有关 形变量 劲度系数 3 动能的表达式 单位 4 动能定理的内容 表达式 适用范围 解题步骤 第八节 1 机械能守恒定律的内容 表达式 理解 2 机械能守恒定律的应用 应用机械能守恒定律解题步骤 1 根据题意 确定研究对象 物体或相互作用的物体系 2 对研究对象进行正确的受力分析 3 判定各个力是否做功 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 例题1 一个物体从光滑斜面项端由静止开始滑下 如图 斜面 高1m 长2m 不计空气阻力 物体滑到斜面底端的速度是多大 例题2 把一个小球用细线悬挂起来 就成为一个摆 如图 摆长 为L 最大偏角为 小球运动到最低位置时的速度是多大 例题3 在距离地面20m高处以15m s的初速度水平抛出一小球 不计空气阻力 取g 10m s2 求小球落地速度大小 例题4 长L 80cm的细绳上端固定 下端系一个质量m 100g的小球 将小球拉起至细绳与竖直方向成60 角的位置 然后无初速释放 不 计各处阻力 求小球通过最低点时 细绳对小球拉力多大 取g 10m s2 第九节 验证机械能守恒定律 原理 器材 速度的测量 注意事项 实验中不需测量物体的质量实验中不需测量物体的质量 mg FN 60 L m L B A O 误差分析 第十节 1 能量守恒定律确立的两类重要事实 2 能量守恒定律的内容 3 能源 曲线运动曲线运动 复习纲要复习纲要 第一节 1 曲线运动的速度方向 质点在某一点 或某一时刻 的速度的方向是在曲线的这一点的切线方向 做曲线运动的物体 速度方向时刻改变 所以曲线运动是变速运动 2 物体做曲线运动的条件 当物体所受的合力的方向跟它的速度方向不在同一直线时 物体就做曲线运动 第二节 分运动和合运动 a 红蜡块沿玻璃管在竖直方向的运动和随管做的水平方向的运动 叫做分运动 红蜡块实际发生的运动叫做合运动 b 合运动的 位移 速度 叫做合 位移 速度 分运动的 位移 速度 叫做分 位移 速度 c 两分运动具有独立性 合运动与分运动具有等时性 2 运动的合成和分解 水平运动 x vxt 竖直运动 y vyt 合运动 s t tan 22 xy 22 xy vv y x v v v 22 xy vv 1 2 运动的合成和分解遵循平行四边形法则 第三节 以一定的初速度将物体抛出 在空气阻力可以忽略的情况下 物体所做的运动叫做抛 体运动 初速度沿水平方向的抛体运动叫做平抛运动 3 平抛运动竖直方向的运动规律 平抛运动在竖直方向做的是自由落体 4 平抛运动水平方向的运动规律 平抛运动在水平方向做的是匀速直线运动 5 平抛运动的特点 平抛运动是匀变速曲线运动 其加速度为g 第四节 1 平抛运动物体的位置 以水平方向为x轴 以竖直向下为y轴 以抛出点为坐标原点建立坐标系 并从这一时刻开 始计时 则物体在任意时刻的坐标为 x vt 2 2 1 gty 2 平抛运动物体的轨迹 由 两式消去t可以得到 平抛运 2 2 2 x v g y 动的轨迹是一段抛物线抛物线 3 平抛运动物体的速度 根据平抛运动在水平方向和竖直方向的规律 可以求 出物体在任意时刻水平方向和竖直方向的速度为vx v vy gt 物体在任意时刻的速度 即合速度 可以按照 勾股定理求得 由右图可得 与水平方向的夹角为 22 yx vvv x y v v tg 4 斜抛运动 两个分运动 把斜向初速度分解为水平方向和竖直方向 水平方向由于 不受力 仍然做匀变速直线运动 竖直方向由于受到重力 作用 做的是加速度为g的竖直上抛或竖直下抛运动 斜抛运动的位置 我们以斜向上抛为例 与平抛类似建坐标系 如图 因为vx vcos vy vsin 所以x vcos t 2 2 1 singttvy x y vy vx v O x y x y vx vy O v 斜抛运动的速度 在任意时刻两个方向的速度分别为vx vcos vy vsin gt 物体的实际速度 即合速度 为 方向根据两个分速度决定 22 yx vvv 第五节 1 线速度 物体做匀速圆周运动时 通过的弧长与时间的比值就是线速度的大小 s t 用符号v表示 t s v 线速度是物体做圆周运动的瞬时速度 线速度是矢量 它既有大小 也有方向 线速度的方向在圆周各点的切线方向上 质点沿圆周运动 如果在相等的时间里通过的圆弧长度相等 这种运动就叫做匀速圆周运 动 匀速圆周运动的线速度的方向在不断变化 因此 它是一种变速运动 这里的 匀速 是 指速率不变 2 角速度 1 角速度是表示 的物理量 2 角速度等于 和 的比值 3 角速度的单位是 技术中也用转速来描述质点做圆周运动的快慢 转速指 的是单位时间转过的圈数 常用n表示 单位是 或 说明 对某一确定的匀速圆周运动而言 角速度是恒定的 强调角速度单位的写法 rad s 3 周期 1 叫周期 叫频率 2 它们分别用什么字母表示 3 它们的单位分别是什么 4 周期和频率之间的关系是怎样的 f 1 T 4线速度 角速度 周期间的关系 线速度 角速度 周期之间的关系 v 2 r T 2 T v r 1 当v一定时 与r成反比 2 当一定时 v与r成正比 3 当r一定时 v与成正比 例1 分析下图中 A B两点的线速度有什么关系 主动轮通过皮带 链条 齿轮等带动从动轮的过程中 皮带 链条 上各点以及两轮边缘上 各点的线速度大小相等 例2 分析下列情况下 轮上各点的角速度有什么关系 同一轮上各点的角速度相同 5 匀速圆周运动实质是匀速率圆周运动 它是一种变速运动 第六节 1 速度的变化量 如图 速度的变化量可以用指向的矢量来表示 1 v 2 v 2 向心加速度 做匀速圆周运动的物体 加速度指向圆心 这个加速度叫做向心加速度 3 向心加速度的表达式为 把代入 可以推出或 rv 2 ran van 1 v 2 v v r v an 2 4 向心加速度的物理意义 第七节 1 向心力的定义 2 方向 3 公式 4 作用效果 5 受力分析时不能说受向心力作用 第八节 解题基本思路 确定圆周运动的圆心与半径 找出圆周运动所需要的向心力 2 2 2 2v Fmmrmr rT 向 例1 飞机在竖直平面内做半径为400m的匀速圆周运动 其速率是150m s 飞行员的质量 为80kg 取g 10m s2 求 1 飞机在轨道最高点飞行员头朝下时 座椅对飞行员压力的大 小及方向 2 飞机在最低点飞行员头朝上时 飞行员对座椅的压力大小及方向 例2 一辆质量m 2 0t的小轿车 驶过半径R 90m的一段圆弧形桥面 求 1 若桥面为凹 形 汽车以20m s的速度通过桥面最低点时对桥面压力是多大 2 若桥面为凸形 汽车以1 0m s的速度通过桥面最高点时 对桥面压力是多大 3 汽车以多大速度通过凸形桥面顶点 时 对桥面刚好没有压力 g 10m s2 万有引力定律万有引力定律 复习纲要复习纲要 第一节 1 地心说和日心说的基本内容 2 开普勒行星运动定律 1 所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆 太阳处在椭圆的一个焦点上 2 3 所有行星的轨道半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等 且这个比值 与行星的质量无关 但与太阳的质量有关 第二 三节 万有引力定律 内容 自然界中的任何两物体都互相吸引 引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比 与他们之间的距离r的二次方成反比 公式 2 21 r mm GF 式中质量的单位为kg 距离的单位为m 力的单位N G叫引力常量 注 公式的适用条件 1 适用于质点间引力大小的计算 2 对于可视为质点的物体间的引力求解也可以利用万有引力公式 3 当研究的物体不能看成质点时 可以把物体假想分割成无数质点 求分力 再求合力 说明 1 万有引力的普遍性 一切物体间 2 万有引力的相互性 两物体间相互作用 3 万有引力的宏观性 只有在质量大星球间 它的存在才有实际物理意义 4 万有引力的特殊性 两物体间只与本身有关 与周围其他物体无关 引力常量 卡文迪许通过实验测出G 2211 1067259 6 kgmN 意义 证明了万有引力的存在 使万有引力定律有了真正的实用价值 第四节 一 求地球的质量 1 地面上物体的重力与地球对物体的引力是什么关系 分析 地球对物体的引力指向地心 一部分提供物体随地球自转所需向心力 另一部分为 物体的重力 只有在赤道和两极处物体的重力方向才指向地心 且赤道处物体的重力最小 两极处物体的重力最大 物体随地球自转的向心力很小 在计算时可近似认为物体的重 力就等于地球对它的引力 2 若不考虑地球自转的影响 地面上的物体的重力等于地球对它的引力地面上的物体的重力等于地球对它的引力 mg G g G M 2 Mm R 2 M R 2 gR G M V 3 4 g RG 二 求中心天体的质量 行星或卫星绕中心天体做圆周运动的向心力由中心天体对它的引力提供向心力由中心天体对它的引力提供 由此可列出方程 三 发现未知天体 1 海王星 2 冥王星 第五节 1 第一宇宙速度的推导 方法一 设地球的质量为M 绕地球做匀速圆周运动的卫星的质量为m 速度为v 卫星到地 心的距离为r 由向心力由地球的万有引力提供 所以 2 2 mvMm G rr 由此解出 MG v r 把地球质量和半径代入可计算出v 7 9Km s 方法二 在地面附近 重力等于万有引力 提供卫星做匀速圆周运动的向心力 能否推导 出这一速度 由 7 9Km s 2 v mgm R vgR 2 当卫星距地心的距离越远 由可知它运动的速度越慢 所以7 9Km s是人造卫 MG v r 星环绕地球的最大运动速度 叫第一宇宙速度 也叫环绕速度 二 若发射速度增大 则轨道半径将增大 引力减小 最终将脱离地球的引力 当发射速度等于或大于11 2Km s时 它就会克服地球引力成为绕太阳运转的人造行星或飞 到其他行星上去 把11 2Km s叫第二宇宙速度也叫脱离速度 三 若发射速度再增大到16 7Km s时 它就可以脱离太阳的引力范围 飞到太阳系以外的 宇宙空间 把16 7Km s叫第三宇宙速度也叫逃逸速度 第六节 a 经典力学的局限性 b 狭义相对论质量与速度的关系 第三课时第三课时 一 教学目标 一 教学目标 一 知识与技能 1 知道能量的定义 知道对应于不同的运动形式具有不同的能量 2 知道物体能够对外做功是因为物体具有能量 3 理解功是能量转化的量度 4 理解不同能量之间的转化 知道转化中总能量守恒 二 过程与方法 1 能从能量转化的角度来分析物体的运动 解决有关能量的问题 2 知道功和能之间的区别和联系 三 情感态度与价值观 通过学习功和能之间的关系 使学生了解事物之间是相互联系的 并学会从功能角度 去探索自然规律 二 教学重点二 教学重点 1 理解功和能的关系 2 知道能量的转化用做功来量度 三 教学难点三 教学难点 在具体的问题中如何得到能量的转化情况 并用做功来定量地反映这种转化 四 教学方法四 教学方法 实验法 举例法 五 案例设计五 案例设计 一一 导入新课导入新课 初中我们学过能量守恒定律 同学们回忆一下该定律的内容 能量既不会消灭 也不会创 生 它只会从一种形式转化为其他形式 或者从一个物体转移到另一个物体 而在转化和 转移过程中 能的总量保持不变 二二 新课教学新课教学 能的概念 1 用多媒体展示下列物理情景 把四幅图对比在同一幅画面上 流动的河水冲走小石块 飞行的子弹穿过木板 自由下落的重物在地上砸了一个坑 压缩的弹簧把物体弹出去 2 分析概括图片中流动的河水 飞行的子弹 下落的重物 压缩的弹簧都各自对物体做 了功 3 总结 一个物体能够对外做功 则这个物体具有能 板书 4 同学们结合生活 举些物体具有能量的例子 张紧的弓能够做功 所以它具有能 电动机通电后能够做功 它具有能 打夯机能做功 它具有能 流动的空气能做功 它具有能