高三物理二轮复习课教学设计案例-功能关系能量守恒（李龙军）.doc

高三物理二轮复习课教学设计案例功能关系 能量守恒（长沙市长郡中学 高三物理 李龙军）【教材分析】1、 功能关系 能量守恒是是贯穿整个物理的一条主线,每年的高考中都要涉及到,综合程度高,考查的能力要求高。2、 高考考纲上要求掌握：“功能关系、机械能守恒定律及其应用”。3、 功能关系和能量守恒是高考的重点,更是高考的热点，往往与电场、磁场以及典型的运动规律相联系，并常作为压轴题出现。可能从以下角度组织命题:(1) 滑动摩擦力做功情况下的功能关系问题.(2) 与带电粒子在电场、磁场、复合场中的运动相综合的问题。【学情分析】1、 我校学生整体层次较高，要求在高考中要尽量少丢分，然而很多学生知识迁移能力、综合分析能力和模型构建应用能力其实并不强，而且不善于思考，还存在“眼高手低”的问题。2、 新课程理念要求，教育教学过程中师生地位要均等，要以人为本，坚持学生的主体地位，教师的主导地位。3、 本节课是方法的探究归纳课，呈现在学生面前的是现象，是问题，当然也要结论。受应试教育的影响，在上课前告诉学生上课的内容，学生会将结论记住，在课堂上机械的，剧本式的配合老师，没有深入的思考，达不到教学的目的，因此本节课的教学没有要求学生预习。4、 面对新现象，新问题，没有唯一固定的答案，学生有浓厚的探究欲望，为其思维的发散提供了较大的空间。从另外一个角度讲，本节内容，数学运算，物理理论要求不高，适当地又降低了学习难度，重点在受力分析、过程分析、方法选择上，选择探究式教学是最佳的途径。【教学目标】1、 知识与技能a）通过对几个典型例题的探究分析，找到几种常用的功能关系，特别是合力功、重力功、弹力功以及除重力、弹力外其他力的功分别所对应的能量转化关系，并会在平时的学习和考试中灵活运用。b）理解能量守恒定律，并能分析解决有关问题。c）通过对同一个问题中可能涉及的多种方法进行反复对比分析，找到最佳方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。2、 过程与方法a）学会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象，分析物理问题。b）经典例题分析，学生自己找方法。c）归纳总结，提升认识，培养学生分析问题和解决问题的能力。3、 情感态度价值观热情：通过功能关系、能量守恒定律的方法探究，使学生树立科学的观点，理解和运用自然界客观存在的规律，来解决生活中的实际问题。在学习过程中逐步积蓄探究热情，培养学生勇于探究的精神；参与：养成主动参与科学研究的良好学习习惯；交流：在自由开放平等的探究交流空间，能互相配合，互相鼓励，友好评价，和谐相处。【重点难点】重点：掌握几种常用的功能关系的特点和适用情况，会灵活选用功能关系、能量守恒定律解题。难点：过程分析、方法选择以及正确表达。【设计思想】本节课结合我校学生的特点对教材的内容进行了深入的挖掘和思考，备教材，备学生，备教法，始终把学生放在教学的主体地位，让学生参与，让学生设计，营造一个“安全”的教学环境，广开言路，让学生的思维与教师的引导共振。【教学过程】一、例题引入例1（2013全国大纲卷）如图所示，一固定斜面倾角为30，一质量为m的小物块自斜面底端以一定的初速度沿斜面向上做匀减速运动，加速度大小等于重力加速度的大小g。物块上升的最大高度为H，则此过程中，物块的（ ）mH30A动能损失了2mgHB动能损失了mgHC机械能损失了mgHD机械能损失了答案：AC解析：分析小物块沿斜面上滑，根据题述可知，物块所受滑动摩擦力为f=0.5mg，由动能定理，动能损失了fH/sin30+mgH=2mgH ，选项A正确B错误。由功能关系，机械能损失fH/sin30=mgH，选项C正确D错误。二、规律探究（一）功能关系功是能量转化的量度，做功的过程就是能量转化的过程 常见功能关系的具体表现形式： 功能量变化表达式合力做功等于动能的增加W合Ek2Ek1重力做功等于重力势能的减少WGEp1Ep2(弹簧类)弹力做功等于弹性势能的减少W弹Ep1Ep2电场力做功等于电势能的减少W电Ep1Ep2除了重力和(弹簧类)弹力之外的其他力做功等于机械能的增加W其他E2E1系统克服一对滑动摩擦力或介质阻力做功等于系统内能的增加Qfs相克服安培力做功(发电机)等于电能的增加|W安|E2E1安培力做正功(电动机)等于电能的减少W安E1E2说明：表格中“增加”是末态量减初态量，“减少”是初态量减末态量 例2如图所示位于竖直平面的正方形平面导线框abcd，边长为L=10cm，线框质量为m=0.1kg，电阻为R=0.5，其下方有一匀强磁场区域，该区域上、下两边界间的距离为H（ H L），磁场的磁感应强度为B=5T，方向与线框平面垂直。今线框从距磁场上边界h=30cm处自由下落，已知线框的dc边进入磁场后，ab 边到达上边界之前的某一时刻线框的速度已达到这一阶段的最大值，问从线框开始下落到dc边刚刚到达磁场下边界的过程中，磁场作用于线框的安培力做的总功是多少？（g=10m/s2） 解析：线框达到最大速度之前所受的安培力F=随速度v的变化而变化，所以直接求解安培力做的总功较为困难，而用能量守恒的思想便可迎刃而解。设线框的最大速度为vm ，此后直到ab边开始进入磁场为止，线框做匀速直线运动，此过程中线框的动能不变。由mg= 解得 vm= 2m/s全部进入后，无安培力，因此只需考虑从开始下落到刚好全部进入时，这段时间内线框因克服安培力做功而损失的机械能为：mg（h+ L）=0.2 J.所以磁场作用于线框的安培力做的总功是0.2J（二）能量守恒能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，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，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变. 应用能量守恒定律的思路： 1.某些形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等； 2.某些物体的能量减少，一定存在着其他物体的能量的增加，且减少量和增加量一定相等.例3如图所示，质量m10.3 kg的小车静止在光滑的水平面上，车长L1.5 m，现有质量m20.2 kg可视为质点的物块，以水平向右的速度v02 m/s从左端滑上小车，最后在车面上某处与小车保持相对静止。物块与车面间的动摩擦因数0.5，取g10 m/s2，求(1)物块在车面上滑行的时间t；(2)物块克服摩擦力做的功；(3)在此过程中转变成的内能。解析：(1)小车做匀加速运动时的加速度为a1，物块做匀减速运动时加速度为a2，则a1 m/s2a2g5 m/s2v0a2ta1t所以t0.24 s。(2)相对静止时的速度va1t0.8 m/s物块克服摩擦力做的功Wm2(vv2)0.336 J。(3)由能量守恒可知，系统损失的机械能转化为内能，则Em2v(m1m2)v20.24 J。答案：(1)0.24 s(2)0.336 J(3)0.24 J三、方法总结（一）功能关系解题关键： 1.对象、过程、方法选择 2.受力分析、做功分析 3.相应能量变化分析 （二）能量守恒解题关键： 1.对象、过程选择 2.所涉及的所有能量变化分析 （三）力学问题解题方法选择： 1当物体受到恒力作用发生运动状态的改变而且又涉及时间时，一般选择用动力学方法解题；2当涉及功、能和位移时，一般选用动能定理、机械能守恒定律、功能关系或能量守恒定律解题，题目中出现相对位移时，应优先选择能量守恒定律； 3当涉及细节并要求分析力时，一般选择牛顿运动定律，对某一时刻的问题选择牛顿第二定律求解；4复杂问题的分析一般需选择能量的观点、运动与力的观点综合解题四、针对训练1. （2013全国新课II）目前，在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转，其中一些卫星的轨道可近似为圆，且轨道半径逐渐变小。若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用，则下列说法正确的是A卫星的动能逐渐减小B由于地球引力做正功，引力势能一定减小C由于气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变D卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小答案.BD。【命题意图】本题考查卫星的运动、机械能、功能关系、动能定理及其相关知识点，意在考查考生综合应用相关知识分析卫星运动的能力。【解题思路】由于空气阻力做负功，卫星轨道半径变小，地球引力做正功，引力势能一定减小，动能增大，机械能减小，选项AC错误B正确。根据动能定理，卫星动能增大，卫星克服阻力做的功小于地球引力做的正功，而地球引力做的正功等于引力势能的减小，所以卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小，选项D正确。【命题分析】此题提出了引力势能，可类比重力势能。引力势能属于卫星和地球这个系统的。地球引力做功，引力势能减小；克服地球引力做功，引力势能增大。2（2013上海高考）半径为R，均匀带正电荷的球体在空间产生球对称的电场；场强大小沿半径分布如图所示，图中E0已知，Er曲线下OR部分的面积等于R2R部分的面积。(1)写出Er曲线下面积的单位；(2)己知带电球在rR处的场强EkQr2，式中k为静电力常量，该均匀带电球所带的电荷量Q为多大?(3)求球心与球表面间的电势差U；(4)质量为m，电荷量为q的负电荷在球面处需具有多大的速度可以刚好运动到2R处?解析：（1）Er曲线下面积的单位为伏特。（2）由点电荷的电场强度公式，E0=kQ/R2，解得：该均匀带电球所带的电荷量Q= E0 R2/k。（3）根据Er曲线下面积表示电势差，球心与球表面间的电势差U= E0 R/2。（4）根据题述Er曲线下OR部分的面积等于R2R部分的面积，球体表面到2R处的电势差U= E0 R/2。由动能定理，qU=mv2，ABm2km1解得：v=。3（2005全国）如图，质量为的物体A经一轻质弹簧与下方地面上的质量为的物体B相连，弹簧的劲度系数为k，A、B都处于静止状态。一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮，一端连物体A，另一端连一轻挂钩。开始时各段绳都处于伸直状态，A上方的一段绳沿竖直方向。现在挂钩上升一质量为的物体C并从静止状态释放，已知它恰好能使B离开地面但不继续上升。若将C换成另一个质量为的物体D，仍从上述初始位置由静止状态释放，则这次B刚离地时D的速度的大小是多少？已知重力加速度为g。答案：解析：开始时，A、B静止，设弹簧压缩量为x1，有 kx1=m1g 挂C并释放后，C向下运动，A向上运动，设B刚要离地时弹簧伸长量为x2，有 kx2=m2g B不再上升，表示此时A和C的速度为零，C已降到其最低点。由机械能守恒，与初始状态相比，弹簧性势能的增加量为 E=m3g(x1+x2)m1g(x1+x2) C换成D后，当B刚离地时弹簧势能的增量与前一次相同，由能量关系得 由式得 由式得v= 4（2010山东卷）如图所示，倾角30的粗糙斜面固定在地面上，长为、质量为、粗细均匀、质量分布均匀的软绳置于斜面上，其上端与斜面顶端齐平。用细线将物块与软绳连接，物块由静止释放后向下运动，直到软绳刚好全部离开斜面（此时物块未到达地面），在此过程中A物块的机械能逐渐增加B软绳重力势能共减少了C物块重力势能的减少等于软绳克服摩擦力所做的功D软绳重力势能的减少小于其动能的增加与克服摩擦力所做功之和答案：BD解析：逐项判断A.因物块受细线的拉力做负功，所以物块的机械能逐渐减小，A错误；B. 软绳重力势能共减少，B正确；C.物块和软绳组成的系统受重力和摩擦力，重力做功（包括物块和软绳）减去软绳摩擦力所做的功等于系统（包括物块和软绳）动能的增加，设物块质量为M，即，物块重力势能的减少等于，所以C错误。D.对软绳，F表示细线对软绳的拉力，软绳重力势能的减少等于，小于其动能增加与克服摩擦力所做功之和，D正确。本题选BD。5如图所示，固定斜面的倾角30，物体A与斜面之间的动摩擦因数为，轻弹簧下端固定在斜面底端，弹簧处于原长时上端位于C点，用一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑的定滑轮连接物体A和B，滑轮右侧绳子与斜面平行，A的质量为2m，B的质量为m，初始时物体A到C点的距离为L，现给A、B一初速度v0，使A开始沿斜面向下运动，B向上运动，物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能回到C点，已知重力加速度为g，不计空气阻力，整个过程中，轻绳始终处于伸直状态且B不会碰到滑轮，求此过程中：(1)物体A向下运动刚到C点时的速度；(2)弹簧的最大压缩量；(3)弹簧被压缩时的最大弹性势能解析：(1)A和斜面间的滑动摩擦力f2mgcos，物体A向下运动到C点的过程中，根据能量关系有2mgLsin3mv3mv2mgLfL解得v.(2)设弹簧最大压缩量为x，从物体A接触弹簧，将弹簧压缩到最短后又恰回到C点，对系统应用动能定理，有f2x03mv2解得xL.(3)弹簧从压缩最短到恰好能弹到C点的过程中，根据能量关系有Epmgx2mgxsinfx因为mgx2mgxsin，所以EpfxmgL.答案：(1) (2)L(3)mgL6如图所示，左侧为一个半径为R的半球形的碗固定在水平桌面上，碗口水平，O点为球心，碗的内表面及碗口光滑。右侧是一个固定光滑斜面，斜面足够长，倾角30。一根不可伸长的不计质量的细绳跨在碗口及光滑斜面顶端的光滑定滑轮上，绳的两端分别系有可视为质点的小球m1和m2，且m1m2。开始时m1恰在碗口右端水平直径A处，m2在斜面上且距离斜面顶端足够远，此时连接两球的细绳与斜面平行且恰好伸直。当m1由静止释放运动到圆心O的正下方B点时细绳突然断开，不计细绳断开瞬间的能量损失。(1)求小球m2沿斜面上升的最大距