机械能守恒定律教材分析和教学建议

机械能守恒定律教材分析和教学建议第1页，课件共89页，创作于2023年2月一、教材分析第2页，课件共89页，创作于2023年2月课程标准

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。第3页，课件共89页，创作于2023年2月（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。第4页，课件共89页，创作于2023年2月主题内容要求说明机械能功和功率动能和动能定理重力做功与重力势能功能关系、机械能守恒定律及其应用IIIIIIII2007考试大纲第5页，课件共89页，创作于2023年2月新、旧教材编排结构比较第6页，课件共89页，创作于2023年2月

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

原来放在学生实验中移至课内最新教材旧教材不要求或以隐性的方式渗透不要求或以隐性的方式渗透在新教材中不要求，或以隐性的方式进行渗透﹡增加第7页，课件共89页，创作于2023年2月增加的：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）。第8页，课件共89页，创作于2023年2月删去的：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。第9页，课件共89页，创作于2023年2月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。第10页，课件共89页，创作于2023年2月旧教材如果一个物体能对外做功

这个物体就具有能量举例说明：做功伴随着能量的变化结论：功是能量变化的量度

似乎定义功是为了定义能，先有功的概念，才有能的概念。

动能定理及机械能守恒第11页，课件共89页，创作于2023年2月新教材追寻运动中的守恒量

比较符合人们对功和能的认知过程。机械能守恒定律动能定理“功是能量转化的量度”

第12页，课件共89页，创作于2023年2月

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。第13页，课件共89页，创作于2023年2月最新课本的变化第七章第14页，课件共89页，创作于2023年2月最新教材基本未变，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第15页，课件共89页，创作于2023年2月①国家标准没有规定唯一的专用符号。本书中，在需要明确位移与坐标关系的场合，例如研究质点沿坐标轴的运动时，用x或y、z（指相对于原点的位移），在其他场合用l、s等符号。②大于，小于或等于的角，它的余弦是负数。这个结论在数学课中可以学到。第16页，课件共89页，创作于2023年2月这就好象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。第17页，课件共89页，创作于2023年2月由于力F在这么短的时间内不会发生很大变化第18页，课件共89页，创作于2023年2月实验第19页，课件共89页，创作于2023年2月通过上节的实验，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。第20页，课件共89页，创作于2023年2月添加到第九节问题与练习第21页，课件共89页，创作于2023年2月二、教法建议第22页，课件共89页，创作于2023年2月过程与方法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：追寻守恒量第23页，课件共89页，创作于2023年2月[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？F1F2S1S2h1h2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第24页，课件共89页，创作于2023年2月有趣的实验第25页，课件共89页，创作于2023年2月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？

第26页，课件共89页，创作于2023年2月从整体上考虑，“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27页，课件共89页，创作于2023年2月第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=Flcosα的使用和几个力总功的求法。第28页，课件共89页，创作于2023年2月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第29页，课件共89页，创作于2023年2月lFFFαFαFα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=FCOSαlW2=0∵W=W1+W2∴W=Fl

COSα

拉力F做的功W=？F2F1第30页，课件共89页，创作于2023年2月若将位移l分解,结果如何?Fll1l2α90。l1=lcosαl2=lsinαW1=Fl

1=Flcos

αW2=0W=Flcos

α不建议介绍第31页，课件共89页，创作于2023年2月W=Flcosα的理解及功的正负第32页，课件共89页，创作于2023年2月*辨认力的方向与位移方向的夹角αFS甲答案：ααFS乙答案：π-ααFS丙答案：ααFS丁答案：π-α

F,S两矢量键尾重合时正方向的夹角第33页，课件共89页，创作于2023年2月*正功和负功功的公式：W=FSCOSα讨论：1、当α=0时，COSα=1，W=FS和我们在初中学过的功的公式相同。2、当α=π/2时，COSα=0，W=0这时我们就说力对物体没做功。3、当α<π/2时，COSα>0，W>0这时我们就说力对物体做正功。4、当π/2<α≤π时，COSα<0，W<0这时我们就说力对物体做负功。第34页，课件共89页，创作于2023年2月正功的意义是：力对物体做正功，表明此力的效果是促进物体的运动，是动力。负功的意义是：力对物体做负功，表明此力的效果是阻碍了物体运动，是阻力。*功的正负的含义一个力对物体做负功，也可说成物体克服这个力做了功（正值）真正理解了功正负的含义对理解功是个标量也有很大的帮助第35页，课件共89页，创作于2023年2月(1)、分别求出每个力所做的功，然后求出所有功的代数和。即：W总=W1+W2+……+Wn(2)、先求出物体所受的合力，然后再求出合力的功，即：W总=F合Scosα求力对物体所做的总功有两种方法：补充第36页，课件共89页，创作于2023年2月例题一个质量m=150kg的雪橇，受到与水平方向成θ＝37°角斜向上方的拉力F=500N，在水平地面上移动的距离l=5m。物体与地面间的滑动摩擦力F阻=100N。求外力对物体所做的总功。

解析：拉力F对物体所做的功为

W1=Flcos37°=2000J。摩擦力F阻对物体所做的功为

W2=F阻lcos180°=-500J。外力对物体所做的总功

W=W1＋W2=1500J。（另解：先求合力，再求总功）为体现求总功的两种方法的等效性，建议两组用两种方法计算例题，比较结果，建议补充一道双过程的题目，如先有力F，中途撤去，算整个过程各力总功，以体会先求各个力功，再求和方法的必要性和简洁性。第37页，课件共89页，创作于2023年2月第3节功率过程与方法1、通过类比体会比值定义法和某个物理量变化率的含义。2、由平均功率，通过t趋近于0得出瞬时功率的概念，再次体会物理学中这种无限逼近的极限思想。3、通过研究机车运动的实际问题，得到逻辑思维能力和知识综合运用能力的训练。第38页，课件共89页，创作于2023年2月功率的定义：功W跟完成这些功所用时间t的比值叫功率P=W/t定义式：①功率的单位:②功率是标量瓦（W）、千瓦（kw）③P=W/t求出来的是平均功率第39页，课件共89页，创作于2023年2月功率的另一表达式①F可以是恒力，也可以是变力②v可以是瞬时速率,也可以是平均速度大小③α是F与v的夹角P=FVP=fVmax机车的功率第40页，课件共89页，创作于2023年2月额定功率和实际功率1.额定功率:2.实际功率:

额定功率是动力机器重要的性能指标,一个动力机器的额定功率是一定的

实际功率正常应小于或等于额定功率,但可以短时间大于额定功率,长时间会损坏机器机械或用电器长时间工作时的最大功率叫额定功率机器工作时实际输出的功率第41页，课件共89页，创作于2023年2月

功率的教学中，通过对汽车换档踩油门问题的分析帮助学生理解物理意义。生活化的味道更浓，应用性也会提高。第42页，课件共89页，创作于2023年2月

新教材删去了汽车以恒定功率启动的问题。这是由于这种情景是不符合实际情况的。《新课标》例2分析汽车发动机的功率一定时，牵引力与速度的关系。第43页，课件共89页，创作于2023年2月汽车启动汽车由静止启动，运动的情况有两种：1.以额定功率P额启动2.在恒定的牵引力F作用下启动第44页，课件共89页，创作于2023年2月1.在额定功率下运动：功率P一定牵引力F速度v阻力Ff不变加速度a变加速直线运动达到最大速度vmF=Ff时a=0匀速直线运动1.当F=Ff时速度最大2.先变加速再匀速3.速度-时间图象votvm第45页，课件共89页，创作于2023年2月加速度a一定速度vv=at牵引力不变匀加速直线运动达到最大速度vm变加速直线运动功率PP<P额，继续匀加速vFa

保持P额继续加速达到P额时F>Ff2.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-时间图象第46页，课件共89页，创作于2023年2月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，

①汽车所能达到的最大速度是多大？

②当汽车的加速度为2m/s2时速度多大？

③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47页，课件共89页，创作于2023年2月第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。第48页，课件共89页，创作于2023年2月水电站第49页，课件共89页，创作于2023年2月物体竖直下落h物体沿斜线运动hθL第50页，课件共89页，创作于2023年2月Δh1Δh2Δh3物体沿曲线运动AChA△h1θmL7第51页，课件共89页，创作于2023年2月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。第52页，课件共89页，创作于2023年2月探究过程：重力做功的特点式中的mgh与高度h有关WG12＝mgh1－mgh2重力做功只跟始、末位置有关，而跟物体运动的路径无关始末状态的mgh之差等于重力的功定义重力势能EP＝mghWG12＝Ep1－Ep2第53页，课件共89页，创作于2023年2月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54页，课件共89页，创作于2023年2月第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第55页，课件共89页，创作于2023年2月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。第56页，课件共89页，创作于2023年2月发现问题弹簧弹力做功

弹性势能变化弹性势能应怎么表达创造质疑问题

问题探究问题的解决类比研究策略抽象、概括推理第57页，课件共89页，创作于2023年2月重力势能结论：这类力做功的一般计算方法定义：结论：可以引入势能的条件弹性势能？？定义：？结论：？第58页，课件共89页，创作于2023年2月F1F2F3FlFlFlFl

第59页，课件共89页，创作于2023年2月探究与实验。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60页，课件共89页，创作于2023年2月第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。第61页，课件共89页，创作于2023年2月动能？动能定理的应用控制变量法定义：直观感受演绎推理探究功与物体速度变化的关系物体质量不变时：形成一个课题动力学思路推导动能定理：质量为m的物体，在恒力F作用下发生一段位移，速度由V1变为V2，试研究在这一过程中，力对物体的功与物体速度变化的关系。第62页，课件共89页，创作于2023年2月

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。

第63页，课件共89页，创作于2023年2月实验情景第64页，课件共89页，创作于2023年2月

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：

①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。

②画曲线时加大坐标轴的单位长度。

③从原点O开始描绘图线。第65页，课件共89页，创作于2023年2月第66页，课件共89页，创作于2023年2月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。

第67页，课件共89页，创作于2023年2月第68页，课件共89页，创作于2023年2月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=Flcosα），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69页，课件共89页，创作于2023年2月第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。第70页，课件共89页，创作于2023年2月探究功与物体速度变化的关系W∝v2

，即功与物体的速度的平方成正比。第71页，课件共89页，创作于2023年2月设物体的质量为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。练习第72页，课件共89页，创作于2023年2月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。

第73页，课件共89页，创作于2023年2月动能定理1、内容：合力所做的功等于物体动能的变化。2、表达式：①W合的含义：②△Ek的含义：动能的增量，第74页，课件共89页，创作于2023年2月动能定理的理解及应用要点：①既适用于恒力做功，也适用于变力做功.②既适用于直线运动，也适用于曲线运动。③既适用于单一运动过程，也适用于运动的全

过程。④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。第75页，课件共89页，创作于2023年2月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76页，课件共89页，创作于2023年2月第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。第77页，课件共89页，创作于2023年2月设重力做功为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第78页，课件共89页，创作于2023年2月机械能守恒定律只有重力动能和重力势能机械能的总量在只有重力(或系统内弹簧弹力)做功的情形下，物体的动能和重力势能（及弹性势能）发生相互转化，而机械能的总量保持不变。第79页，课件共89页，创作于2023年2月（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。第80页，课件共89页，创作于2023年2月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。第81页，课件共89页，创作于2023年2月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