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教学资料范本2019-2020学年高中物理沪科版必修2（陕西专用）素材：资源链接4.2 研究机械能守恒定律 含解析编 辑：_时 间：_4.2研究机械能守恒定律教学建议1.引入先通过实例定性地分析机械能的相互转化,然后提出如下的问题:如何定量地推导机械能守恒定律呢?在什么条件下,机械能才守恒呢?这就是本节进一步学习机械能守恒定律的目的。2.机械能转化是通过重力或弹力做功来实现的按教材推导完守恒定律后,可向学生说明能量转化的途径是做功,不同性质的力做功将会引起不同形式的能参与转化。只有重力做功,必定只有重力势能和动能之间的变化;只有弹力做功,必定只有弹性势能和动能之间的转化。如果除了重力(或弹力)做功之外,还有别的力做功,重力势能(或弹性势能)是不是仍然只与动能相互转化呢?教学中可以举物体下落过程中有空气阻力的情况的例子,并引导学生运用动能定理和重力做功与重力势能变化的关系来分析说明。由于物体克服空气阻力做功Wf,所以WG-Wf=Ek。可见,重力做功WG即重力势能的减少量必定大于动能的增加量,这是由于内能参与了转化。因此,除重力做功外,还有别的力做功,就不可能只有重力势能和动能之间的转化。有了以上的讨论,机械能守恒定律的推导以及学生理解该定律的条件也就有了基础。3.正确认识机械能守恒的条件关于机械能守恒定律的条件,教学中要注意解决学生存在的一些模糊认识。例如,有的学生把“只有重力做功”与“只有重力作用”等同起来。为了解决这个问题,可以以物体在光滑斜面上运动为例,让学生讨论:物体不但受到重力作用,还受到支持力的作用,物体的机械能守恒吗?为什么?通过讨论使学生认识到,只有重力作用,机械能总量当然保持不变,但如果物体受重力作用之外,还有其他力的作用,机械能也守恒。还有的学生认为:既然只有重力做功机械能才守恒,那么重力不做功时,机械能就不守恒。应使学生认识到,如果重力不做功,就不能引起重力势能的变化,如果其他力也不做功,能量就不可能发生相互转化,总量当然是不变的。例如,细绳拴着的小球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动时,重力和拉力都不做功,能量没有转化,机械能总量不变,但不叫机械能守恒,因为守恒是相对于能量转化而言的。参考资料溜溜球中的力学现象YoYo,又名溜溜球,最早起源于中国,被称为第二古老的玩具。溜溜球的基本结构可视为一个两端大、中间小的短绕线轴,将溜溜球释放后它的轴将沿着绳做来回滚动。1.构造溜溜球的基本构造为:一对薄片圆盘,其直径一般为5865mm,厚为3 mm,用塑料或硬卡纸制成;中间为一段圆柱状空芯薄壁中轴,直径一般为8 mm,长约为3 mm。圆盘粘在中轴两侧,然后在轴上中点处钻一小孔,系上1 m长细绳,并在细绳的另一端系上圆环。2.游戏游戏时,把细绳全部紧紧地缠绕在中轴上,用某一手指套住圆环。将溜溜球释放后它就会马上逆细绳缠绕方向转动,竖直下落逐渐解脱细绳的缠绕,直到细绳全部展开为止。随后,它又会自动顺着同一转动方向往上爬,使细绳重新缠绕在中轴上。当溜溜球停止转动后,随即又沿反方向摆脱细绳缠绕转动下落,然后继续上爬。如此往复运动。只要制作得法,摆弄灵巧,溜溜球就会不停地转动起来,饶有趣味。3.对实际运动过程的分析当溜溜球自由释放后,立即开始逆缠绕方向竖直下落,重力势能逐渐转化成平动动能和转动动能,随着重力势能的减少,下落的速度越来越快,转动的速度也越来越快。当细绳全部展开后,下落速度和转动速度达到最大值,这时原来的重力势能完全转化为平动动能和转动动能。由于转动惯性的作用,球体继续旋转,但此时细绳已经全部展开,溜溜球已不可能再往下走,只能按照原来的旋转方向垂直上爬,我们简称这一过程为“转向”。溜溜球在转向过程中,转动动能没有损失,但由于细绳不是完全弹性体,所以平动动能有损失。因此,总机械能减少了,溜溜球则不能爬上下落时的高度。在转向中,有一部分转动动能转化成了平动动能,以补充损失的平动动能的一部分,使球体获得适当的上爬垂直速度。球体的上爬,是把转向时的平动动能和转动动能逐渐转化为重力势能的过程,亦即随着高度的增加,上爬的垂直速度和转动速度越来越小。当两个速度为零时球体不再上爬。如果要使溜溜球爬上下落时的高度,就必须在转向过程中,使溜溜球损失的平动动能得到足够的补充。以获取要爬上下落时的高度所需要的垂直初速度。这就是我们在玩溜溜球时,在细绳全部展开时就必须迅速上提溜溜球的原因。如果没有上提,球体则不能上爬到下落时的高度。在此必须指出,以上分析并没有考虑空气的阻力