《物理（医药卫生类）》教案 高职 4.4机械能守恒定律

21世纪教育网精品试卷·第《4.4机械能守恒定律》教案教学目标：1.首先从概念的角度出发，明确什么是机械能，在机械能守恒的情况下重力势能与动能之间是相互转化的，构建能量观念。（物理观念）2.运用动能定理推导机械能守恒定律，体会做功在能量转化过程的用途。（科学思维）3.通过纸带和打点计时器找到重力势能的减少量与动能增加量之间的关系，从而验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法。（科学探究）4.通过机械能守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问题。（科学态度与责任）教学重点：1.掌握机械能守恒定律的推导、建立过程，理解机械能守恒定律的内容；2.在具体的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出定律的数学表达式。教学难点：1.从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件；2.能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒，能正确分析物体所具有的机械能。教学方法：讲授法、讨论法教学准备：多媒体材料：PPT课件教学过程：导入新课：思考：一辆过山车在下滑过程中，既然没有什么动力，为什么每次总能如此准确的完成一连串有惊无险的动作呢？出示图片:翻滚过山车这实际上是动能和势能之间发生了相互转化，那么你知道它们在转化的过程中遵守什么规律吗？二、新课讲解：（一）动能与势能的相互转化1.重力势能与动能相互转化A-B：在这个过程中，物体的速度增加了，表示物体的动能增加了。这说明，物体原来的重力势能转化成了动能。B-C：在这个过程中，这时重力对物体做负功，物体的速度减小，表示物体的动能减少了。但由于物体的高度增加，它的重力势能增加了。这说明，物体的动能转化成了重力势能。结论:物体的动能和重力势能可以相互转化。2.弹性势能与动能相互转化.由小球接触弹簧到速度为零的这一过程中，弹力做负功，弹簧的弹性势能增加，而物体速度减小，动能减少。小球原来的动能转化成了弹性势能。压缩的弹簧弹簧恢复原来形状被压缩的弹簧具有弹性势能，当弹簧恢复原来形状时，就把跟它接触的物体弹出去。这一过程中，弹力做正功，弹簧的弹性势能减少，而物体得到一定的速度，动能增加。物体原来的弹性势能转化成了动能。出示图片:跳板跳水运动员从跳板上弹起的过程中，跳板的———______转化为运动员的_________。答案：弹性势能、动能结论:物体的动能和弹性势能可以相互转化。3.机械能重力势能、弹性势能与动能都是机械运动中的能量形式，统称为机械能。通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化成另一种形式。思考与讨论：一个小球在真空中做自由落体运动，另一个同样的小球在黏性较大的液体中由静止开始下落。它们都由高度为h1的地方下落到高度为h2的地方，如下图所示。小球在真空和油中的下落(1)在这两种情况下，重力做的功相等吗？(2)重力势能的变化相等吗？(3)动能的变化相等吗？(3)重力势能各转化成什么形式的能？参考答案：（1）这两种情况下，重力做功相等；（2）重力势能的变化相等；（3）动能变化不相等；（4）第一次减小的重力势能完全转化为动能，第二次减小的重力势能除了转化为动能外，还有一部分转化为内能。（二）机械能守恒定律我们发现其它力做功会引起机械能与内能等其他能量的相互转换，所以机械能守恒定律是有条件的。例如：如图物体沿光滑曲面滑下的情形。这种情形下，物体受到哪些力的作用？哪些力做功？重力和曲面支持力的作用，因为支持力方向与运动方向垂直，支持力不做功，所以，只有重力做功。如图所示物体在某一时刻处在高度为h1的位置A，这时它的速度是v1。经过一段时间后，物体下落到高度为h2的另一位置B，这时它的速度是v2。用W表示这一过程中重力做的功。从动能定理知道，重力对物体做的功等于物体动能的增加，即:另一方面，重力对物体做的功等于物体重力势能的减少。即:从以上两式可得：这就是说，重力做了多少功，就有多少重力势能转化为动能。进一步整理可得：等式左边为物体末状态动能与势能之和，等式右边为物体初状态动能与势能之和。结论：在只有重力做功的系统内，动能与重力势能互相转化时总的机械能保持不变。思考与讨论：在上图中，如果物体从位置B沿光滑曲面上升到位置A，重力做负功。这种情况下上式的关系是否还成立？由动能定理得：另一方面，重力对物体做的负功等于物体重力势能的增加。即:从以上两式可得：这就是说，重力做了多少功，就有多少重力势能转化为动能。进一步整理可得：这种情况下上式的关系仍然成立。思考讨论：如何理解只有重力做功？（1）物体只受重力作用。（2）物体除受重力外还受到其他力的作用，但其他力不做功，或其他力做功的代数和为零。平抛运动或其它抛体运动的物体。只受重力。沿光滑斜面下滑的物体受重力和支持力但支持力不做功。沿粗糙斜面下滑的物体，拉力F大小和摩擦力f大小相等，拉力F和摩擦力f做功的代数和为零。同样可以证明，在只有弹力做功的系统内，动能和弹性势能互相转化时总的机械能也保持不变。1.机械能守恒定律内容在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。2.表达式EK1+EP1=EK2+EP2或E1＝E23.守恒条件物体系统内只有重力或弹力做功(其他力不做功)，机械能守恒。对于该条件可具体理解如下：（1）系统不受外力。（2）系统受外力，但所有外力均不做功。（3）系统受外力，而且外力做功，但外力做功的代数和为零。如图所示滑雪者沿斜面下滑时机械能守恒吗？滑雪者沿斜面下滑时，斜面的支持力与运动方向垂直，不做功；如果阻力做的功较少，可以忽略，则只有重力做功。此种情况下，动能与重力势能可以互相转化，总的机械能守恒。如果阻力做的功较大，不能忽略，则机械能不守恒。例题：把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆如图所示，摆长为l，最大偏角为θ。如果阻力可以忽略，小球运动到最低点时的速度大小是多少？分析：在阻力可以忽略的情况下，小球摆动过程中受重力和细线的拉力。细线的拉力与小球的运动方向垂直，不做功，所以这个过程中只有重力做功，机械能守恒。小球在最高点只有重力势能，动能为0，计算小球在最高点和最低点重力势能的差值，根据机械能守恒定律就能得出它在最低点的动能，从而算出它在最低点的速度。解：以小球为研究对象。设最低点的重力势能为0，以小球在最高点的状态作为初状态，以小球在最低点的状态作为末状态。在最高点的动能Ek1＝0，重力势能是Ep1＝mg（l－lcosθ）在最低点的重力势能Ep2＝0，而动能可以表示为：运动过程中只有重力做功，所以机械能守恒，即：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1把初末状态下动能、重力势能的表达式代入，得＝mg（L－Lcosθ）由此解出小球运动到最低点时的速度大小：从得到的表达式可以看出，初状态的θ角越大，cosθ越小，（1－cosθ）就越大，v也就越大。也就是说，最初把小球拉得越高，它到达最低点时的速度也就越大。解题步骤：(1)确定研究对象(2)对研究对象进行正确的受力分析(3)判定各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件(4)视解题方便选取零势能参考平面，并确定研究对象在始、末状态时的机械能。(5)根据机械能守恒定律列出方程，或再辅之以其他方程，进行求解。应用机械能守恒定律解决问题的优点：只需考虑运动的初状态和末状态，不必考虑两个状态间过程的细节，这样就简化了计算。特别提醒：机械能守恒的条件绝不是合外力的功等于零，更不是合外力为零；判断机械能是否守恒时主要看是否只有重力或弹力做功。三、课堂小结：知识梳理：总结机械能概念和机械能守恒定律内容重点强调：强调机械能守恒定律的表达式和守恒条件。引导学生回顾是否达到本节的核心素养目标。四、课堂练习1.在下列情况中，机械能守恒的是（）A．飘落的树叶B．沿着斜面匀速下滑的物体C．被起重机匀加速吊起的物体D．不计空气阻力，推出的铅球在空中运动的过程答案：D2.关于机械能，下列说法中正确的是（）A．做变速运动的物体，只要有摩擦力存在，机械能一定减少B．如果物体所受的合外力不为零，则机械能一定发生变化C．作斜抛运动的物体，不计空气阻力时，机械能是守恒的。因而物体在同一高度,具有相同的速度D．在水平面上做变速运动的物体，它的机械能不一定变化答案：D3.关于机械能守恒定律的适用条件，下列说法中正确的是()A.物体所受的合外力为零时，机械能守恒B.物体沿斜面加速下滑过程中，机械能一定不守恒C.系统中只有重力和弹簧弹力做功时，系统的机械能守恒D.在空中飞行的炮弹爆炸前后机械能守恒答案：C4.如图所示，某人用平行斜面向下的拉力F将物体沿固定斜面拉下，拉力大小等于摩擦力，则下列说法中正确的是（）