高一物理 机械能守恒定律教学设计 -新人教[下学期].doc

1机械能守恒定律使用教材高级中学课本物理第三册选修人民教育出版社教学目标学习机械能守恒定律及掌握应用机械能守恒定律分析解决问题的基本方法学习从功和能的角度分析处理问题的方法提高运用知识综合分析解决问题的能力教学重点掌握物体系统机械能守恒的条件能够正确分析物体系统所具有的机械能教学难点分析物体系统所具有的机械能尤其是分析判断物体所具有的重力势能正确选用机械能守恒定律解决问题同时让学生认识到从功和能的角度分析解决问题是物理学的重要方法之一教具演示物体在运动中动能与势能相互转化用器材单摆弹簧振子及多媒体电脑课件教学过程说明教学激发观看实验依次演示单摆和弹簧振子提醒学生注意观察物体运动中动能势能的变化情况小结物体运动过程中随动能增大物体的势能减小反之随动能减小物体的势能增大复习提问上述运动过程中物体的机械能是否变化呢见演示课件一新课教学在观察演示实验的基础上我们从理论上分析物体动能与势能相互转化的情况先考虑只有重力对物体做功的理想情况只有重力对物体做功时物体的机械能问题质量为m的物体自由下落过程中经过高度h处速度为v下落至高度h2处速度为v2不计空气阻力分析由h1下落到h2过程中机械能的变化情况分析根据动能定理有下落过程中重力对物体做功重力做功在数值上等于物体重力势能的变化量取地面为参考平面有WGmgh1mgh2由以上两式可以得到小结下落过程中物体重力势能转化为动能此过程中物体的机械能总量不变问题上述结论是否具有普遍意义呢请同学们进一步分析物体做平抛和竖直上抛运动时的情况明确可以证明在只有重力做功的情况下物体动能和势能可以相互转化而机械能总量保持不变建立具体情景学生有了思维的依托在此基础上进行知识的正向迁移并为学生的猜想提供了依据激励起学生的学习兴趣和求知欲引导学生回答物体运动中动能势能变化情况并作小结引导学生思考分析并推导让学生独立推导此定律突出学生的主体地位不仅能提高学生的推理能力而且也能使学生体会到成功的乐趣引导学生分析式子所反映的物理意义并小结问题在只有弹簧弹力做功时物体的机械能是否变化呢弹簧和物体组成的系统2的机械能以弹簧振子为例简要分析系统势能与动能的转化明确进一步定量研究可以证明在只有弹簧弹力做功条件下物体的动能与势能可以相互转化物体的机械能总量不变综上所述可以得到如下结论机械能守恒定律两种表述方法在只有重力和弹力弹簧做功的情况下物体的动能和势能发生相互转化但机械能总量保持不变这个结论叫做机械能守恒定律如果没有摩擦和介质阻力物体只发生动能和重力势能的相互转化时机械能的总量保持不变机械能守恒定律的应用解题步骤明确研究对象和它的运动过程分析研究对象的受力情况判断机械能是否守恒确定对象运动的起始和终了状态选定零势能参考平面确定物体在始末两状态的机械能选定一种表达式统一单位列式求解机械能守恒定律的研究对象一定是系统至少包括地球在内通常我们说小球的机械能守恒就包括地球在内因为重力势能就是小球和地球共有的另外小球的动能中用到的v也是相对于地面的速度当研究对象只有一个物体时地球自然包括在内往往用是否只有重力做功来判定机械能是否守恒当研究对象有多个物体在内时往往用是否没有摩擦和介质阻力来判定机械能是否守恒各种不同的表达式既用时需要规定重力势能的参考平面用时则不必规定重力势能的参考平面因为重力势能的改变量与参考平面的选取没有关系尤其是用增减只要把增加的机械能和减少的机械能都写出来方程自然就列出来了例质量为m小球从一定高处自由落下落到直立的下端固定的弹簧上请分析系统的能量转化关系见演示课件问题系统中涉及几种形式的能量那些力对小球作了功机械能守恒吗球运动过程中能量转化情况分析找小球的平衡位置O点取O点的重力势能为零在O点弹簧已有一定的压缩弹性势能不为零小球在往复运动过程中经过平衡位置O点时速度最大所以小球经过平衡位置未讲振动不必给出弹簧振子名称只需讲清系统特点即可学习机械能守恒定律要能应用它分析解决问题下面我们通过具体问题的分析来学习机械能守恒定律的应用在具体问题分析过程中一方面要学习应用机械能守恒定律解决问题的方法另一方面通过问题分析加深对机械能守恒定律的理解与认识引导学生思考分析动能重力势能弹性势能只有重力和弹簧弹力做功系统总的机械能守恒点时动能最大重力势能为零3弹性势能不为零小球位于点位置时小球重力势能最大动能弹性势能为零小球位于点位置时小球弹性势能最大动能为零重力势能最小例小球沿光滑斜轨道由静止开始滑下并进入在竖直平面内的离心轨道运动如图所示为保持小球能够通过离心轨道最高点而不落下求小球至少应从多高处开始滑下已知离心圆轨道半径为R不计各处摩擦问题小球能够在离心轨道内完成完整的圆周运动对小球通过圆轨道最高点的速度有何要求从小球沿斜轨道滑下到小球在离心轨道内运动的过程中小球的机械能是否守恒如何应用机械能守恒定律解决这一问题如何选取物体运动的初末状态明确小球能够通过圆轨道最高点要求小球在最高点必须具有一定速度即此时小球运动所需向心力恰好等于小球所受重力运动中小球的机械能守恒选小球开始下滑为初状态通过离心轨道最高点为末状态研究小球这一运动过程见实物实验及演示课件解取离心轨道最低点所在平面为参考平面开始时小球具有的机械能E1mgh通过离心轨道最高点时小球速度为v此时小球的机械能为根据机械能守恒定律E1E2有小球能够通过离心轨道最高点应满足由以上两式解得h5R2小球从h5R2的高度由静止开始滚下可以在离心圆轨道内完成完整的圆周运动进一步说明在中学阶段由于数学工具的限制我们无法应用牛顿运动定律解决小球在离心圆轨道内的运动但应用机械能守恒定律可以很简单地解决这类问题例如图所示两木块质量分别为m和2m用一轻质弹簧连在一起放在光滑的水平面上用一外力把两木块压在墙上请定性分析见演示课件撤去外力后木块的最大速度撤去外力后木块的最大速度撤去外力后系统质心的运行情况及速度引导学生思考分析引导学生归纳分析的结果让学生自己推导计算4二巩固练习下列过程中机械能守恒的是ABDA物体做自由落体运动B用轻绳系一小球给小球一初速度使小球以另一端为圆心在竖直面内做圆周运动小球在做圆周运动的过程中C自由下落的炸弹在空中爆炸D物体以一定的初速度冲上光滑的斜面以上均不计空气阻力将质量相同的三个小球ABC在地面上方同一高度以相同的初速率抛出A球竖直上抛B球竖直下抛C球水平抛出不计空气阻力三个小球刚落在同一地面上则下列说法正确的是ADCA重力对三个小球做的功相同B三个小球落地速度相同C三个小球落地时动能相同D三个小球的机械能相同体积相同的木块和铁块它们的重心在同一水平面O上关于它们的重力势能的下列说法中正确的是BCDA不管参考平面怎样选取铁块的重力势能一定比木块大B若参考平面选取在O之上铁块的重力势能比木块重力势能小C若参考平面选取在O之下铁块的重力势能比木块重力势能大D重力势能的正负与参考平面的选择有关如图10所示长度为l的轻弹簧和长度为LLl的轻绳一端分别固在同一高度的O点和O点另一端各系一个质量为m的小球AB把它们拉成水平状态如图10甲和乙这时弹簧未伸长由静止释放到最低点弹簧的长度也等于L在弹性限度内这时AB两球在最低点的速度分别为vA和vB和则AvAvBBvACvAvBD无法判定三课堂小结在只有重力做功的过程中物体的机械能总量不变通过例题分析要加深对机械能守恒定律的理解应用机械能守恒定律解决问题时应首先分析物体运动过程中是否满足机械能守恒条件其次要正确选择所研究的物理过程正确写出初末状态物体的机械能表达式从功和能的角度分析解决问题是物理学研究的重要方法和途径通过本节内容的学习逐步培养用功和能的观点分析解决物理问题的能力应用功和能的观点分析处理的问题往往具有一定的综合性例如与圆周运动或动量知识相结合要注意将所学知识融汇贯通综合应用提高综合运用知识解决问题的能力由提问学生回答其它同学讨论补充培养学生积极参与的意识和合作精神提示若取水平面O为参考平面则木块和铁块的重力势能相等均为零可见选项A是错误的当参考平面选在O之上根据EFmgh可知木块与铁块的重力势能为负值由mv可知铁块的质量大于木块的质量所以铁块的重力势能小于木块同理当参考平面选在O之下铁块的重力势能大于木块综上所述重力势能与参考平面的选择有关因此选项BCD正确提示A球减少的重力势能一部分转化为弹簧性势能通过以上例题和练习引导学生总结应用机械能守恒定律解决问题的基本方法归纳学生的分析作课堂小结势能是相互作用的物体系统所共有的同样机械能也应是物体系统所共有的在中学物理教学中不必过份强调这点平时我们所说物体的机械能可以理解为是对物体系统所具有的机械能的一种简便而通俗的说法5四教学反思教学过程设计积极贯彻学为主体教为主导的教学思想主导作用表现在组织课堂教学激发学生学习动机提供问题的背景引导学生学习注意把握激发疏导深化迁移创造等环节发展学生思维注意评价学生的学习促进学生积极思维主动获取知识达到会学的目的深化理解机械能守恒定律从守恒的数学表达式的转换使学生对机械能守恒定律有了多角度的理解突出重点对守恒条件能够着眼于整体揭示了事物间的内在联系有利于学生克服思维的单向性表现出思维的灵活多向性突破难点注重培养学生的推理能力和科学思维方法通过学生自己的探索研究体现出直觉思维与理论思维的结合并利用归纳的方法同时引申到只有弹力做功时得到机械能守恒定律体现了再现思维与创造思维的结合教学过程中充分利用现代教育技术发展了学生的兴趣有效突破了教学难点使学生较好地建立起正确的物理图景较顺利的从形象思维过渡到抽象思维