《机械能》教材分析

1、l本章概述 功和能的概念是物理学中的基本概念，它和机械能守恒定律是学习各种不同形式的能量转化规律的起点，也是运动学和动力学知识的进一步综合和展开。l功和能量的转化关系不仅为解决力学问题开辟了一条重要道路，同时也是分析解决电磁学、热学等现象的重要依据。l解决力学问题，从能量的观点入手分析，可以不涉及整个过程作用的细节，只涉及起始状态和终了状态。既避免了直接应用牛顿定律所遇到的困难，同时也简化了解决问题的步骤。l本章的叙述特点 1.逐步加深理解功和能的概念及功能关系 2.在讲解功、功率、动能、重力势能、机械能守恒定律时都充分考察了初中学过的知识，并在此基础上定量展开。 3.在介绍有关知识时，注意知

2、识的扩展，把知识讲活，如讲功的计算时，介绍了物体在变力作用下做功的思路;讲解动能定理时，指出不论是恒力还是变力，也不论物体是否做直线运动，动能定理都成立等。知识与能力知识与能力1 1、理解功是能量变化的量度、理解功是能量变化的量度( (举例举例），理解功和功率。），理解功和功率。生产生活中常见机械功率的大小及意义。生产生活中常见机械功率的大小及意义。（例：分析力与移动方向不在一直线时力的功）（例：分析力与移动方向不在一直线时力的功）（例：分析功率一定时，牵引力与速度的关系）（例：分析功率一定时，牵引力与速度的关系）2 2、理解重力势能。重力做功与重力势能变化的关系。、理解重力势能。重力做功与重

3、力势能变化的关系。探究弹性势能的影响因素。探究弹性势能的影响因素。3 3、通过实验探究恒力功与物体动能变、通过实验探究恒力功与物体动能变化的关系，理解动能定理。化的关系，理解动能定理。（例：（例：用打点计时器或光电计时器探究恒用打点计时器或光电计时器探究恒力功与物体动能变化的关系，从牛力功与物体动能变化的关系，从牛顿第二定律导出动能定理）顿第二定律导出动能定理）4 4、理解机械能守恒定律，验证机械能、理解机械能守恒定律，验证机械能守恒定律。守恒定律。5 5、能量守恒及能源、能量守恒及能源（例：评价核能的（例：评价核能的好处和问题）好处和问题）过程与方法过程与方法1 1、通过探究活动进一步了解微

4、元法、通过探究活动进一步了解微元法、图象法等方法，打点计时器的使用及图象法等方法，打点计时器的使用及纸带处理的方法。纸带处理的方法。2 2、通过物理概念的建立过程学习物、通过物理概念的建立过程学习物理研究的方法理研究的方法3 3、培养学生用能量思想分析问题及、培养学生用能量思想分析问题及解决问题的方法，并比较与动力学方解决问题的方法，并比较与动力学方法的优劣。法的优劣。情感、态度与价值观情感、态度与价值观 1 1、通过理论及实验等探究活动、通过理论及实验等探究活动培养学生学习物理的兴趣。理论培养学生学习物理的兴趣。理论联系实际，体验生活中的联系实际，体验生活中的 物理物理2 2、通过日常生活及

5、社会实践活、通过日常生活及社会实践活动，认识能源对人类发展的动，认识能源对人类发展的 重重要作用要作用 。l功（功（B）；功率（）；功率（B）；）；l动能（动能（B）; 动能定理（动能定理（C）l重力势能，重力做功与重力势能改变的重力势能，重力做功与重力势能改变的关系（关系（B）l弹性势能（弹性势能（A）l动能和势能的相互转化、机械能守恒定动能和势能的相互转化、机械能守恒定律律（B）1 1、牛顿定律的延续和深入、牛顿定律的延续和深入 课本通过引入功和能的概念及功课本通过引入功和能的概念及功和能之间的关系，在牛顿运动定律和和能之间的关系，在牛顿运动定律和运动学的基础上，运动学的基础上， 得出动能

6、、重力得出动能、重力势能的表达式以及动能定理、机械能势能的表达式以及动能定理、机械能守恒定律两个重要规律。守恒定律两个重要规律。2 2、高中物理的基础之一、高中物理的基础之一 解决力学问题，特别是比较复杂解决力学问题，特别是比较复杂的曲线运动和一些非匀变速运动问的曲线运动和一些非匀变速运动问题用能量的观点来分析，往往会带题用能量的观点来分析，往往会带来方便，是牛顿定律所不能取代的。来方便，是牛顿定律所不能取代的。能量的思想是整个高中物理的基础能量的思想是整个高中物理的基础 l第一单元：功和功率第一单元：功和功率l第二单元：功和能，动能、动能第二单元：功和能，动能、动能定理和定理和 重力势能重力

7、势能l第三单元：机械能守恒定律及其第三单元：机械能守恒定律及其应用应用 1、依托初中知识展开，降低教学难度依托初中知识展开，降低教学难度 本章在讲解功、功率、动能、重力势能、机械能本章在讲解功、功率、动能、重力势能、机械能守恒定律时，都是在复习初中知识的基础上展开守恒定律时，都是在复习初中知识的基础上展开的的 2 2、依托已有的动力学知识，遵循学生的认知规律、依托已有的动力学知识，遵循学生的认知规律 功的一般公式、动能定理、机械能守恒定律，都功的一般公式、动能定理、机械能守恒定律，都是在恒力、直线运动的情况下推导出来的，但不限是在恒力、直线运动的情况下推导出来的，但不限于恒力或直线运动，教学中

8、要遵循学生的认知规律，于恒力或直线运动，教学中要遵循学生的认知规律，循序渐进，逐步拓展循序渐进，逐步拓展3 3、抓住功能关系这一主要线索讨论研究问题，重视意、抓住功能关系这一主要线索讨论研究问题，重视意义建构义建构4 4、开展理论探究与实验探究，形成科学的思想方法、开展理论探究与实验探究，形成科学的思想方法 1 1、功的定义的引入，由功能关系思想引入功的、功的定义的引入，由功能关系思想引入功的定义。定义。 如果物体在力的作用下能量发生了变化，这如果物体在力的作用下能量发生了变化，这个力一定对物体做了功个力一定对物体做了功强调功与能量变化强调功与能量变化的联系的联系。 功功功功2 2、三个重要内

9、容、三个重要内容 功的公式功的公式 功的正负功的正负 合力的功合力的功3 3、重视物理情境的创设，把科学概念和抽、重视物理情境的创设，把科学概念和抽象规律归结为生动的情景。象规律归结为生动的情景。例题例题1、如图，质量为、如图，质量为m的物块的物块A放在劈放在劈B的斜的斜面上，斜面的倾角为面上，斜面的倾角为，A、B一起沿水平面向一起沿水平面向右匀速移动了位移右匀速移动了位移S，求，求A所受各外力对所受各外力对A所做所做的功。的功。ABABS（WG=0，WN=mgs sincos，Wf= - mgs sincos）例例2.滑轮质量、摩擦均不计，滑轮质量、摩擦均不计，m=2kg的物体的物体在在F作

10、用下由静止被匀加速提升作用下由静止被匀加速提升2m，用时，用时2s，则则2s内内F做的功是多少？做的功是多少？mF（44J）3.变力做功的计算变力做功的计算（1）由功和能的关系求解）由功和能的关系求解（2）图象法）图象法 F-S图的图的“面积面积”（3）平均值法）平均值法 方向不变，大小随方向不变，大小随位移线性变化的力可用此方法位移线性变化的力可用此方法（4）对动力装置且功率恒定时，可由）对动力装置且功率恒定时，可由W=Pt求解求解（5）滑动摩擦力、空气阻力做功等于力）滑动摩擦力、空气阻力做功等于力与路程之积与路程之积例例3、用铁锤把小铁钉钉入木板，设板对钉子、用铁锤把小铁钉钉入木板，设板对

11、钉子的阻力与钉进木板的深度成正比，已知铁锤第的阻力与钉进木板的深度成正比，已知铁锤第一次将钉子钉进一次将钉子钉进d，如果铁锤第二次钉钉子时，如果铁锤第二次钉钉子时对钉子做的功与第一次相同，那么，第二次钉对钉子做的功与第一次相同，那么，第二次钉子进入木板的深度为多少？子进入木板的深度为多少？ d 12 4.关于作用力与反作用力做功问题关于作用力与反作用力做功问题 由于作用力与反作用力作用效果不相关，可通由于作用力与反作用力作用效果不相关，可通过实例分析，使学生认识到一对作用力与反作用过实例分析，使学生认识到一对作用力与反作用力所做的功也不相关，即作用力做正功，反作用力所做的功也不相关，即作用力做

12、正功，反作用力可能做正功、可能做负功，也可能不做功。力可能做正功、可能做负功，也可能不做功。例例4、下列关于作用力与反作用力的做功问、下列关于作用力与反作用力的做功问题中，说法正确的是（题中，说法正确的是（ D ）A、作用力做正功，反作用力也必定做正功、作用力做正功，反作用力也必定做正功B、作用力做正功，反作用力一做负功、作用力做正功，反作用力一做负功C、作用力做功数值一定等于反作用力做功、作用力做功数值一定等于反作用力做功数值数值D、单纯根据作用力做功情况不能判断反作、单纯根据作用力做功情况不能判断反作用力做功情况用力做功情况 解这个题目，可设想一个具体的例子，如图，解这个题目，可设想一个具

13、体的例子，如图，A、B两磁铁同名磁极相对，分别放在两辆小车两磁铁同名磁极相对，分别放在两辆小车上，同时释放后，在斥力作用下，两车分开，作上，同时释放后，在斥力作用下，两车分开，作用力、反作用力都做正功，两车质量相等时，位用力、反作用力都做正功，两车质量相等时，位移相等，做功数值也相等，两车质量不相等时，移相等，做功数值也相等，两车质量不相等时，位移不相等，做功数值当然也不相等；如按住位移不相等，做功数值当然也不相等；如按住A不动，只释放不动，只释放B，则，则A对对B的作用力做正功，的作用力做正功，B对对A的反作用力不做功；释放的反作用力不做功；释放A，同时将，同时将B向左推动，向左推动，则则A

14、对对B的作用力做负功，的作用力做负功， B对对A的反作用力做正的反作用力做正功功-（可讨论六种情况）（可讨论六种情况）AB5.关于摩擦力做功问题关于摩擦力做功问题 （1）单个摩擦力可以做正功，可以做负功，）单个摩擦力可以做正功，可以做负功，也可以不做功也可以不做功（2）一对静摩擦力所做的功一定是数值相）一对静摩擦力所做的功一定是数值相等，符号相反等，符号相反（3）一对滑动摩擦力所做的总功一定为负）一对滑动摩擦力所做的总功一定为负值值6.总功总功 （1）总功等于合外力的功，一般用于各力）总功等于合外力的功，一般用于各力都是恒力，且作用时间相同时。都是恒力，且作用时间相同时。（2）总功等于各力做功

15、的代数和，一般用于各）总功等于各力做功的代数和，一般用于各段受力情况不同或作用时间不同时。段受力情况不同或作用时间不同时。1 1、主要内容、主要内容平均功率、瞬时功率平均功率、瞬时功率 、额定功率、实际功率额定功率、实际功率2 2、汽车（机械）两种启动过程探究、汽车（机械）两种启动过程探究（1 1）恒定功率启动）恒定功率启动OtvVmax（2 2）恒定加速度启动）恒定加速度启动VOtVmaxBCt1t2A（3 3）注意：牵引力大小通过）注意：牵引力大小通过换挡改变；发动机的输出功换挡改变；发动机的输出功率通过加减油门改变率通过加减油门改变（4 4）可以利用电动小车和打）可以利用电动小车和打点计

16、时器进行探究点计时器进行探究 例题例题5、质量为、质量为m=5t的汽车，的汽车，额定功率为额定功率为90kw，设汽车运动的，设汽车运动的阻力恒为其重力的阻力恒为其重力的0.05倍倍. 1、求汽车沿水平道路行驶的、求汽车沿水平道路行驶的最大速度最大速度.(36m/s) 2、设汽车由静止起沿水平道路、设汽车由静止起沿水平道路做匀加速直线运动，加速度为做匀加速直线运动，加速度为a=0.4m/s2，求汽车维持这，求汽车维持这一加速度行驶的最长时一加速度行驶的最长时间间.(g=10m/s2)(50s)t2例题例题6、汽车沿水平道路做直线运动，、汽车沿水平道路做直线运动，其其v-t图象如图甲所示，设汽车所

17、受阻图象如图甲所示，设汽车所受阻力恒定，则汽车牵引力的功率可能如图力恒定，则汽车牵引力的功率可能如图乙中的（乙中的（B）tvOt1t3甲甲t2tPOt1t2t3AtPOt1t2t3BtPOt1t2t3CDt1t2t3PtO乙乙功能关系： 做功的过程就是能量转化的过程做功的数值就是能的转化数量。1.能量的概念2.功和能的区别与联系3.功和能的关系举例三、功和能的教学三、功和能的教学l力学领域中功能关系的主要形式1.合外力的功等于物体动能的增量2.重力的功等于重力势能增量的负值3.除系统内的重力和弹力以外，其它力做的总功等于系统机械能的增量4.由于滑动摩擦而产生的热量等于滑动摩擦力乘于相对路程5.

18、对绳子突然绷紧，物体间非弹性碰撞等除题目特别说明，必定有机械能损失三、功和能的教学l能的转化和守恒1.内容2.应用能的转化和守恒定律解题的一般步骤 (1)分清共有几种能量 (2)明确什么能量增加什么能量减少 (3)减少的总量一定等于增加的总量1 1、动能定理的应用的优越性、动能定理的应用的优越性 （1 1）由于动能定理反映的是物体两）由于动能定理反映的是物体两个状态的动能变化与总功间的量值个状态的动能变化与总功间的量值关系，所以对初始状态到终止状态关系，所以对初始状态到终止状态这一过程中物体的运动性质、运动这一过程中物体的运动性质、运动轨迹、做功的力是恒力还是变力等轨迹、做功的力是恒力还是变力

19、等诸多问题不必加以追究。诸多问题不必加以追究。 四、关于动能定理的教学四、关于动能定理的教学 （2 2）一般说来，用牛顿第二定律和运）一般说来，用牛顿第二定律和运动学知识求解的问题，用动能定理也可动学知识求解的问题，用动能定理也可以求解，而且往往用动能定理求解简捷；以求解，而且往往用动能定理求解简捷；可是用动能定理能够求解的问题，应用可是用动能定理能够求解的问题，应用牛顿第二定律和运动学知识可能无法求牛顿第二定律和运动学知识可能无法求解，可以说，熟练应用动能定理求解问解，可以说，熟练应用动能定理求解问题，是一种高层次的思维和方法，应该题，是一种高层次的思维和方法，应该增强用动能定理解题的主动的

20、意识。增强用动能定理解题的主动的意识。2、动能定理的应用、动能定理的应用（1）灵活选取过程对解题难易程度有很大影响）灵活选取过程对解题难易程度有很大影响 例例7、一质量为、一质量为2kg的铅球从离地面的铅球从离地面2m高高处自由落下，陷入沙坑处自由落下，陷入沙坑2cm深处，求沙子对铅深处，求沙子对铅球的平均阻力。（球的平均阻力。（2020N）（2）应用动能定理求变力做功）应用动能定理求变力做功 例例8、如图，质量为、如图，质量为m的物体用细绳经过光的物体用细绳经过光滑小孔牵引在光滑水平面上做匀速圆周运动，滑小孔牵引在光滑水平面上做匀速圆周运动，拉力为某个值拉力为某个值F时，转动半径为时，转动半

21、径为R，挡拉力逐渐，挡拉力逐渐减小到减小到F/4时，物体仍做匀速圆周运动，半径为时，物体仍做匀速圆周运动，半径为2R，则外力对物体所做功的大小为多少？，则外力对物体所做功的大小为多少？（FR/4）FO（3）应用动能定理求物体做往复运动的总路程）应用动能定理求物体做往复运动的总路程 物体做往复运动的总路程隐含在滑动摩物体做往复运动的总路程隐含在滑动摩擦力做功之中擦力做功之中例例9、如图所示，、如图所示，AB与与CD为两个对称斜面，其上部为两个对称斜面，其上部足够长，下部分别与一个光滑的圆弧面的两端相切，足够长，下部分别与一个光滑的圆弧面的两端相切，圆弧圆心角为圆弧圆心角为1200，半径，半径R为

22、为2.0m，一个物体在离，一个物体在离弧低弧低E高度为高度为h=3.0m处，以初速度处，以初速度4.0m/s沿斜面运沿斜面运动。若物体与两斜面的动摩擦因数为动。若物体与两斜面的动摩擦因数为0.02，则物体在，则物体在两斜面上（不包括圆弧部分）一共走多长路程？两斜面上（不包括圆弧部分）一共走多长路程？（g=10m/s2） （280m）AhOBCDE（4）系统应用动能定理解题）系统应用动能定理解题例例10、两个质量均为、两个质量均为m的刚性小球，用长为的刚性小球，用长为2L且不可伸长的绳连接起来置于光滑水平面上，绳且不可伸长的绳连接起来置于光滑水平面上，绳恰好被拉直，现用一垂直于细绳的水平拉力恰好

23、被拉直，现用一垂直于细绳的水平拉力F作作用于绳的中点，拉动处于静止状态的小球，如图。用于绳的中点，拉动处于静止状态的小球，如图。问小球第一次相碰前的瞬间，两小球在垂直于恒问小球第一次相碰前的瞬间，两小球在垂直于恒力力F方向上的分速度各是多大？方向上的分速度各是多大？FmmLL mFL（5）动能定理的实际应用）动能定理的实际应用-估测自行车受到的阻力估测自行车受到的阻力 骑自行车时，如果停止用力蹬脚蹬，设此时骑自行车时，如果停止用力蹬脚蹬，设此时自行车的速度为自行车的速度为V0，由于受到阻力，由于受到阻力f的作用，自的作用，自行车前进一段距离行车前进一段距离s后就会停下来，据动能定理后就会停下来

24、，据动能定理有：有：-fs=0-1/2 mv02，即阻力，即阻力f=mv02/2S 实验中需要测出人停止用力后自行车前进的实验中需要测出人停止用力后自行车前进的距离距离s，自行车和人的总质量，自行车和人的总质量m，以及，以及V0，初速，初速度可通过以下三种方法测得：度可通过以下三种方法测得：在停止用力前，尽可能使自行车做匀在停止用力前，尽可能使自行车做匀速直线运动，通过测量时间和距离，计速直线运动，通过测量时间和距离，计算出平均速度，以它作为停止用力时的算出平均速度，以它作为停止用力时的初速度初速度测出自行车从停止用力到静止时前进测出自行车从停止用力到静止时前进的距离和时间，再根据匀减速运动的

25、规的距离和时间，再根据匀减速运动的规律，求出初速度律，求出初速度停止用力时从车上释放一个小石块，停止用力时从车上释放一个小石块，测出释放的高度和石块在水平方向通过测出释放的高度和石块在水平方向通过的距离，即可求得初速度的距离，即可求得初速度例例11、如图，两截面面积分别是、如图，两截面面积分别是S1和和S2的圆的圆桶形容器桶形容器A和和B，用细管连接起来放在同一水，用细管连接起来放在同一水平面上，平面上，A桶装高度为桶装高度为h的水，的水，B桶无水，打开桶无水，打开阀门直到两桶水面相平。在上述过程中，重力阀门直到两桶水面相平。在上述过程中，重力所做的功为多少？所做的功为多少？ABK）21212

26、SS2SSgh （1 1、重力做功的特点、重力做功的特点举重时杠铃举重时杠铃所受的重力所受的重力与它的位置与它的位置无关无关 弹簧的弹簧的拉力与拉力与拉伸的拉伸的长度有长度有关关 弹性势能弹性势能（1 1）弹性势能的大小可能与哪几个）弹性势能的大小可能与哪几个物理量有关？（类比、猜想）物理量有关？（类比、猜想）1 1、从现象开始，、从现象开始，创设情境创设情境2 2、推导、推导（1 1）一般推导）一般推导（2 2）特例推导）特例推导六、关于机械能守恒及其应用的教学六、关于机械能守恒及其应用的教学 3、把握守恒条件、把握守恒条件 （1 1）做功判断：只有重力和弹力做功。强调是）做功判断：只有重力

27、和弹力做功。强调是弹簧之类物体的弹力做功才会有弹性势能和动能的弹簧之类物体的弹力做功才会有弹性势能和动能的转化，像支持力、绳的拉力之类的的弹力做功时没转化，像支持力、绳的拉力之类的的弹力做功时没有弹性势能的的变化，因而机械能不守恒有弹性势能的的变化，因而机械能不守恒（2 2）能量判断：物体运动过程中只有动能和势能）能量判断：物体运动过程中只有动能和势能的转化的转化4、机械能守恒的几种表达式、机械能守恒的几种表达式（1）系统初态）系统初态1和末态和末态2的机械能相等的机械能相等 即即Ek1+Ep1=Ek2+Ep2（状态式）（状态式）（2）系统总动能的增加等于系统总势能的减少）系统总动能的增加等于

28、系统总势能的减少即即Ek=-Ep （转化式）（转化式）（3）系统内一部分物体的机械能的增加等于另一部分（其）系统内一部分物体的机械能的增加等于另一部分（其余）物体的机械能的减少，即余）物体的机械能的减少，即E增增=E减减（增减式）（增减式）简述实验方法简述实验方法提出问题提出问题1、怎样减少阻力？、怎样减少阻力？2、以哪两个位置作为始、末位置合适？、以哪两个位置作为始、末位置合适？3、可以多次测量。、可以多次测量。4、实验报告的主要内容。、实验报告的主要内容。速度测量的建议速度测量的建议 可以用可以用 AC 的平均的平均速度代表速度代表 B 的瞬时速度。的瞬时速度。 l实验应注意的问题 1、安

29、装打点计时器时，两纸带限位孔必须在同一竖直直线上，以减小纸带与限位孔的摩擦阻力 2、实验时必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重锤下落 3、选用密度大的物体做重锤，以减小空气阻力的影响，无需测出重锤的质量m，可保留在验证式中4、测量下落高度时，都必须从起始点算起，不能搞错。为了减小测h时的误差，选取的各个计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，约40cm即可。5、实验中应挑选第1、2两点间距接近2mm的纸带，用中间时刻的瞬时速度与全程的平均速度的关系求解。期中复习建议期中复习建议一、指导思想一、指导思想 遵循理论与实际的联系、与科学技遵循理论与实际的联系、与科学技术相结合、物理模

30、型与生活实际相结术相结合、物理模型与生活实际相结合、问题解决过程与科学方法相结合、合、问题解决过程与科学方法相结合、科学知识与人文精神相统一的命题思科学知识与人文精神相统一的命题思路。路。出题内容以基本概念，基本规律出题内容以基本概念，基本规律的应用为主的应用为主。本卷命题原则：本卷命题原则：1. 1. 诊断性（便于师生诊断性（便于师生双方摸底）。双方摸底）。2. 2. 基础性（指加强基础、适量开放。）基础性（指加强基础、适量开放。） 内容 单选题 不定项选择 填空题 实验计算 合计 曲线运动 83 23 3 3 13 14 66 万有引力 3 3 2 3 2 3 0 13 34 总计 33 12 15 13 27 100 四、教与学建议四、教与学建议1. 1. 诊断先行。在平时的授课过程中诊断先行。在平时的授课过程中注重及时