机械能守恒定律教材分析和教学建议.ppt

一、教材分析,课程标准,1、内容标准（1）举例说明功是能量变化的量度，理解功和功率。关心生活和生产中常见机械功率的大小及其意义。例1分析物体移动的方向与力的方向不在一条直线上时力所做的功。例2分析汽车发动机的功率一定时，牵引力与速度的关系。（2）通过实验，探究恒力做功与物体动能变化的关系。理解动能和动能定理。用动能定理解释生活和生产中的现象。例3用打点计时器或光电计时器探究恒力做功与物体动能变化的关系。例4从牛顿第二定律导出动能定理。（3）理解重力势能。知道重力势能的变化与重力做功的关系。,（4）通过实验，验证机械能守恒定律。理解机械能守恒定律。用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。（5）了解自然界中存在多种形式的能量。知道能量守恒是最基本、最普遍的自然规律之一。（6）通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要性。了解能源与人类生存和社会发展的关系，知道可持续发展的重大意义。例5评价核能为人类带来的好处和可能发生的问题。2活动建议（1）设计实验，测量人在某种运动中的功率。（2）通过查找资料、访问有关部门，收集汽车刹车距离与车速关系的数据，尝试用动能定理进行解释。,2007考试大纲,新、旧教材编排结构比较,1追寻守恒量2功3功率4重力势能5探究弹性势能的表达式6实验：探究功与物体速度变化的关系7动能和动能定理8机械能守恒定律9实验：验证机械能守恒定律10能量守恒定律与能源,一、功阅读教材变力的功二、功率三、功和能四、动能动能定理五、重力势能六、机械能守恒定律七、机械能守恒定律的应用八、伯努利方程,最新教材,旧教材,增加的：追寻守恒量；探究弹性势能的表达式；探究功和物体速度变化的关系；能量守恒定律与能源。（1）增加“追寻守恒量”这一节是为了强调能量和能量转化守恒思想的重要意义，不在于知识上。现在人们认识到的功、能和功能关系正是在研究能量转化和守恒基础上逐渐形成的，教材这样安排也还原了人类认识历史过程的本来面目，同时使全章内容有一个高起点。（2）增加两个探究性内容的目的不在于探究出的结果上，而在于探究过程上，学生通过发现问题，到尝试解决问题，亲身经历这种思考过程、经历实验操作过程，提高了分析解决问题的能力和动手能力，培养了探究的热情和意识。（3）增加的能量守恒定律与能源这一节是把过去第十一章分子热运动能量守恒的第五节：热力学第一定律；第六节：热力学第二定律；第七节：能源环境和阅读材料：能量守恒定律的建立的部分整合以常识性的水平给出，目的在能量守恒和能量转化方向性的意识培养上，增强节约能源和可持续发展的意识，不在知识上。（4）在重力势能一节中增加了重力做功与路径无关的证明，目的是让学生再一次体会分割求和的微积分思想，受到这种科学方法的熏陶；本节中还增加了重力势能系统性的讨论，弥补了过去教材的不足。另外新教材在功率这一节中增加了额定功率和实际功率，增加了汽车牵引力和速度关系的讨论，目的在于强调功率概念在现实机械中的重要性，激发学生的兴趣，增强学生的应用意识和节能意识（与能效结合）。,删去的：阅读材料“变力的功”；功和能；机械能守恒定律的应用；选修内容伯努利方程。（1）删去阅读材料：变力的功，一是因为不要求用公式计算变力功，二是求变力功的思想方法在探究弹性势能的表达式中已经有所体现（2）关于功和能，旧教材专门有一节阐述功能关系，表达了两个观点：一个物体能够对外做功，我们就说这个物体就具有能量和功是能量转化的量度。新教材没有专门安排一节，仅仅在一个自然段和三个图片表达了功和能量变化的关系，教材这样处理并不是淡化了功能关系，而是通过学习重力功和重力势能变化的关系；弹力功和弹性势能变化关系等内容要学生自己领悟总结出功和能量变化关系，从过去的一般抽象地给出，到现在的具体形象地给出，更有利于学生理解功能关系。（3）删去机械能守恒定律的应用这一节，是因为此部分内容变成了上一节的例题与习题。（4）选修内容伯努利方程本来不应该在必修中出现。,2、新、旧教材总体特点比较,从知识结构方面看新、旧教材结构上基本相同，新补充的内容，使知识线索更系统、更流畅。对教学活动不大会产生不适应的情况。,旧教材,如果一个物体能对外做功,新教材,追寻运动中的守恒量,新增加的内容给学生提供了一些探究与体验的机会，体现了新课程所倡导的探究发现和合作学习的教学理念。也使教材内容的连贯性和趣味性更强，可读性更好。,从教育理念方面看新教材重视“过程”目标的落实，重视“情感”目标的体现，重视联系学生的生活、社会实践和现代科技。教师如何在新教材的基础上通过自己的再创造，在课堂教学中更好地体现新课程的理念，是实施新课程中急需解决的问题。,最新课本的变化,最新教材基本未变，只是让不很严谨的部分叙述得更加严谨，让一些说法更加合理,这就好象x既可以表示x轴上某点的坐标，又可以表示这点对于原点的位移。,由于力F在这么短的时间内不会发生很大变化,实验,通过上节的实验，我们已经了解到一个特殊形势下力对物体做的功与物体速度变化的关系，即。根据做功与能量变化相关联的思想，这个结果实际上向我们暗示：物体动能的表达式中可能包含这个因子。本届我们再沿另一条线索研究物体动能的表达式，如果两者能够相互支持，做结论时就多一分把握。,添加到第九节问题与练习,二、教法建议,过程与方法1体会伽利略分析问题的精妙，学习他能分析出事物本质的方法。2在列举事例过程中体会费恩曼所说话的深刻内涵，体会转化与守恒的普遍性。,第1节：追寻守恒量,引入问题如图所示为液压机的工作原理图。使用液压机为什么能够省力？,守恒量,作用,结论1,守恒量,作用,结论2,综合结论1和2可得,即,压强（帕斯卡定律）,建立等量关系,力的大小与活塞横截面积成正比,液体体积,建立等量关系,活塞移动的距离与横截面积成反比,这两种解法中有一个量是个守恒量,加在密闭液体任一部分的压强，必然按其原来的大小，由液体向各个方向传递。,探究1,探究2,有趣的实验,伽利略理想实验,等高,小球“记得”原来的高度,问题在伽利略的斜面理想实验中，是否存在守恒量？,从整体上考虑，“寻找守恒量”这节课很重要，一定要认真对待。但这节课，不必在知识深度上多动脑筋，只要利用实验、动画等媒体增强直观性教学，让学生感到有劲、有趣，有意思，能够使学生在头脑中产生一定的想法就可以了。,教学中要尽可能体现好探究性。如果课中能结合实验开展讨论式教学那效果会更好。,第2节功,过程与方法1、通过实例理解功的两个要素和正负功的意思。2、通过例题的示范掌握公式W=Flcos的使用和几个力总功的求法。,木头在起重机的拉力作用下?能增加,列车在机车牵引力的作用下?能增加,握力器在手的压力作用下？能增加,力对物体做了功,分析：,根据力的等效性原理,可以把计算F做功的问题转化为分别求F1和F2做功的问题,W1=F1l=FCOSl,W2=0,W=W1+W2,W=FlCOS,拉力F做的功W=？,若将位移l分解,结果如何?,l1=lcos,l2=lsin,W1=Fl1=Flcos,W2=0,W=Flcos,不建议介绍,W=Flcos的理解及功的正负,*辨认力的方向与位移方向的夹角,答案：,答案：-,答案：,答案：-,F,S两矢量键尾重合时正方向的夹角,*正功和负功,功的公式：W=FSCOS,讨论：,1、当=0时，COS=1，W=FS和我们在初中学过的功的公式相同。2、当=/2时，COS=0，W=0这时我们就说力对物体没做功。3、当0，W0这时我们就说力对物体做正功。4、当/2时，COS0，WFf,2.由静止开始以恒定的牵引力F启动,1.当F=Ff时速度最大,2.先匀加速再变加速最后匀速,3.速度-时间图象,例汽车发动机的额定功率为60KW，汽车的质量为5t，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重的0.1倍，g=10m/s2。,（1）汽车保持额定功率不变从静止启动后，汽车所能达到的最大速度是多大？当汽车的加速度为2m/s2时速度多大？当汽车的速度为6m/s时加速度多大？（2）若汽车从静止开始，保持以0.5m/s2的加速度做匀速直线运动，这一过程能维持多长时间？15s时的瞬时功率是多少？17s时的瞬时功率是多少？,第4节重力势能,过程与方法1、通过重力功与路径无关的证明过程再次体会物理学中这种微分极限的思想（在必修1中求变速运动的位移时用过这一思想）2、通过重力势能表达式的发现过程体会功是能量转化量度的思想，体会物理学建立概念，研究问题的方法。,水电站,物体竖直下落,h,物体沿斜线运动,h,L,物体沿曲线运动,7,重力做功与路径无关,只跟始末位置的高度差有关,可见,重力做的功等于“mgh”这个量的变化.在物理学中，“mgh”是一个由特殊意义的物理量.就用这个物理量表示物体的重力势能。,探究过程：,重力做功的特点,在重力势能的教学中，尽管我们也会运用实验的方法首先让学生对重力势能形成一定的感性认识，但在得出重力势能、揭示重力的功与重力势能变化量间的关系时，主要还是运用了推演的方法。,第5节探究弹性势能的表达式,过程与方法1、仿照重力势能表达式的得出方法探究弹性势能表达式，让学生体会物理学中这种类比迁移的研究方法2、猜测弹性势能表达式与什么有关，培养学生科学推断能力3、又一次应用分割求和的方法求变力的功，体会这种微积分思想在物理中的应用4、体会理论探究这种科学方法,探究弹性势能表达式的过程，是建立在重力势能教学的基础上的，也是一次探究活动,但方法有所不同。,问题,重力势能,探究与实验。科学探究的目的在于通过学生自主的探究行为，变求知为已知。其中是否有准确实验结论，不是此节的目的。关于弹性势能表达式的探究，尽管结论并要求，但探究的过程却体现得很好。,第6节实验：探究功与物体速度变化关系,过程与方法1、通过参与整个探究过程，体验科学研究的方法和艰辛历程。2、通过解决变力做功问题，体会科学方法的精妙。,动能？,直观感受,演绎推理,1、引入本节内容的主要目的是为了让学生经历和体验探究的过程，培养学生探究的能力。本节与“动能和动能定理”一起构成了一个较为完整的研究课题，对学生课题意识的形成、探究能力的培养和发展会产生不可低估的作用。,2、本节内容，只是为下一节“动能和动能定理”的理论推导奠定一个认识基础，并没有直接给出动能定理。而没有动能定理，又不能完整叙述功与速度、功与速度的变化、功与速度二次方间的关系，教师在教学中应灵活把握。,实验情景,为了使得坐标平面上各对应点的分布能成较为明显的非线性。可以考虑采用以下几项措施：,在小车上加砝码，通过增加小车质量的方法，使小车速度不致过快。,画曲线时加大坐标轴的单位长度。,从原点O开始描绘图线。,2、为了使与的关系更加直观明确，在让学生对图象进行、的关系分析后，要适时地引导学生思考是否可以通过描绘图线来看看、间的函数关系。,要探究合力功与物体速度变化关系，那么在实验室通常我们怎样测量物体的速度？（打点计时器和纸带）计算合力功的公式又是什么？（W=Flcos），根据这两个问题设计出一种探究合力功与速度变化的实验方案，学生会提出如图所示的实验方案。（由于本次探究不用这一方案，所以在此不再进一步讨论如何求速度；如何让绳子的力就是小车受的合外力；如何让钩码的重力近似等于绳子的拉力等）,另一种方案,第7节动能和动能定理,过程与方法1、再一次体会功和能量变化的关系。2、用动能定理解决实际问题，体会与牛顿定律解决问题的不同。,探究功与物体速度变化的关系,Wv2，即功与物体的速度的平方成正比。,设物体的质量为m，在与运动方向相同的恒定外力F的作用下发生一段位移，速度由v1增加到v2，如图所示。试用牛顿运动定律和运动学公式，推导出力F对物体做功的表达式。,练习,根据牛顿第二定律,从上面式子可以看出，很可能是一个具有特定意义的物理量。因为这个量在过程终了时和过程开始时的差，刚好等于力对物体做的功，所以应该是我们寻找的动能的表达式。,动能定理,1、内容：合力所做的功等于物体动能的变化。,2、表达式：,W合的含义：,Ek的含义：,动能的增量，,动能定理的理解及应用要点：,既适用于恒力做功，也适用于变力做功.,既适用于直线运动，也适用于曲线运动。,既适用于单一运动过程，也适用于运动的全过程。,动能定理中的位移和速度必须是相对于同一个参考系.一般以地面为参考系.,动能定理不涉及物理运动过程中的加速度和时间，而只与物体的初末状态有关，在涉及有关的力学问题，应优先考虑应用动能定理。,1.中途撤去某个力的多过程的题目，练习全程用动能定理的题,建议补充,2.几个曲线运动中用动能定理的题,例如：质量为m的小球，从高为h的曲面顶端由静止开始滑下，（1）若曲面光滑，求小球滑到底端的速度大小？（2）若曲面不光滑，已知小球滑到底端的速度大小为v，求下滑过程中摩擦力的功。,3.一个用动能定理求变力做功的题,第8节机械能守恒定律,过程与方法1、再一次体会能量和能量转化与守恒的普遍存在性。2、体会运动情境不同但都遵守机械能守恒，体会物理定律体现运动本质的思想。3、初步经历用能量转化与守恒的思想解决问题的过程。,设重力做功为WG，由动能定理可得,由重力做功与重力势能变化的关系得，,由以上两式得,移项得,或者,定律推导,机械能守恒定律,（1）式必须规定零势面，初、末相等，与动能定理不同。(2)(3)不用，在系统机械能守恒中零势面不好选定的情况是比较好用。,机械能守恒的条件,只有重力或弹力做功的物体系统,物体系统中的地球是不可缺少的，但是地球的机械能在我们所做的大部分题目中不涉及天体运动，此情景中的地球机械能是不变的，所以把地球机械能忽略了，所以严格讲没有单个物体机械能守恒。,1、物体在运动中只受重力，只有重力对其做功，则物体机械能守恒。例如：自由落体运动和各种抛体运动。2、物体在运动过程中除重力外还受其他力，但其他力对物体不做功，只有重力做功，则物体的机械能守恒。3、研究轻弹簧和物体组成的系统，系统内只有重力和弹簧弹力对物体做功，即只有弹簧的弹性势能和物体的机械能之间的转化，系统总的机械能守恒。4、研究两个物体组成的系统，若只有重力和这两个物体之间的弹力（例如轻杆的弹力，接触面间的弹力）做功，两个物体组成的系统机械能守恒。（这两个物体各自的机械能不一定守恒）,机械能守恒的几种情况及条件,机械能守恒定律条件的几种易错的说法,1、系统所受到的合外力为零，则系统机械能守恒。,2、系统所受到的合外力不为零，但不做功或做功为零，则系统机械能守恒。,3、系统在运动的过程中，系统机械能的总量保持不变，则系统机械能守恒,在