2024-2025学年高中物理第七章机械能守恒定律8机械能守恒定律教案新人教版必修2

PAGE1-机械能守恒定律一、设计思路物理规律的发觉离不开科学探究，而科学探究又可以分为理论探究和试验探究。本节课尝试分两条主线同时进行探究，一条主线是试验探究的方法，利用单摆与自由落体两个典型运动进行机械能守恒的分组操作探究；另一条主线是理论探究的方法；最终两条探究主线合二为一，使学生的相识实现由感性相识上升为理性相识的飞跃，也将学问学习、实力培育、情感体验三个目标有机地结合在一起，使学生既获得了学问，提升了实力、又增加了体验。二、教学目标（一）学问与技能[1．知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化；2．理解机械能守恒定律的内容及其适用条件；3．会判定详细问题中机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决实际问题。（二）过程与方法、.K]1．从嬉戏试验入手，学会猜想探究的科学方法；2.通过对单摆运动与自由落体运动过程试验的探讨和理论分析，驾驭机械能守恒定律的内容；3．体会物理规律得出的完整过程，相识得出规律的一般方法。（三）情感、看法与价值观1.从生活试验入手，感受物理给我们生活带来的欢乐，激发学习物理学问的爱好；2.通过探究，培育科学的实事求是看法，学会合作学习，学会展示与沟通。通过能量守恒的教学，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。三、教学重点1．驾驭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．在详细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。四、教学难点1．能从能量转化的角度理解机械能守恒的条件．2．能正确推断探讨对象在所经验的过程中机械能是否守恒，能正确分析系统所具有机械能。五、教学方法试验探究与理论探究结合法；小组合作学习法；六、器材打算：铁架台(附铁夹)、电火花计时器，纸带、刻度尺、单摆球、过山车模型等；老师打算长线单摆,弹簧振子，授课PPT,实物展台等；六、教学过程设计：(一)引入新课师：在本章的第一节我们学习了《追寻守恒量—能量》，那么在机械运动中是否也存在着相应能量的守恒呢？我们先来做一个小试验。演示试验一：碰鼻试验将一个长线单摆上端固定，将钢球拉近鼻子静止，松手后，钢球将向前摆去，接着反向摆回，猜想钢球摆回时会遇到鼻尖吗？邀请一位女生上来演示，请大家视察返回时小球会不会遇到她的鼻尖，同时视察小球在来回摇摆过程中，到达的最高位置是否发生改变？师：志气可嘉，掌声送给他（赠与小礼品）。返回时碰不到鼻尖，而且到达的最高点越来越低。这背后原委隐藏了什么科学道理呢？要说明这种现象，就要用到新的力学理论，今日我们一起来学习第八节：机械能守恒定律。（二）新课教学一、动能与势能的相互转化师：这里提到了机械能，那么什么是机械能呢？生：动能和重力势能和弹性势能的总和叫做机械能。。师：老师要指出的是，机械能具有相对性，是标量，也是状态量。师：动能和势能同属于机械能，那它们之间可以相互转化吗？演示试验二：过山车模型师：起先时小球的动能为零，但随着高度的降低动能越来越大，这个动能哪里来的？生：由重力势能转化过来的。师：上升时动能削减，重力势能增加，能量又在如何转化？生：由动能再转化为机械能。师：这样的例子生活中还有许多，请同学们探讨后列举相应实例，并说明是什么能转化为什么能。参考实例有：⑴．弹弓：弹性势能转化为动能。⑵．溜溜球，荡秋千：动能和重力势能相互转化。⑶．弹跳娃娃：重力势能、动能、弹性势能相互转化。老师总结：刚才的几个例子我们看到，不光动能和重力势能可以相互转化，弹性势能和动能也可以相互转化，那在转化的过程中，有没有一个奇妙的守恒量呢？会是动能吗？势能？还是机械能？为了探究这个问题，我们再来视察两个探究试验。二、探究守恒量——机械能守恒演示试验三：单摆试验（重力势能和动能的相互转化）装置的下方夹一横杆，目的是便利确定小球运动过程中的位置改变。从尺的一侧位置A静止释放小球，请同学们视察小球到达左右最高点的位置关系？结论：小球到达的左右最高点的位置几乎是相等的，也即等高。演示试验四：水平弹簧振子试验（弹性势能和动能的相互转化）现象：滑块在零刻线两侧所到达的位置基本对称，也即形变量相等。老师总结：在以上两种能量转化的情景中，我们发觉高度、形变量相等，这就意味着势能相等，那转化过程中我们要探究的守恒量是势能吗？老师引导：取几个一般位置探讨，我们发觉动能和势能都在不停地改变，所以守恒量不是动能也不是势能，那会不会就是它们的机械能呢？取单摆试验中的A、B、两点，弹簧阵子试验中个B、C两点去计算机械能，结果是相等的，所以我们揣测守恒量是机械能，但想要进一步验证整个过程中机械能守恒，我们还须要进行定量的分析。试验探究：定量试验设计方案1：利用电火花计时器和纸带打点计时器纸带接电源重物打点计时器纸带接电源重物图4生：让重锤做自由落体运动。利用打点计时器计算其速度，即，进而算出动能；再利用直尺测出下降的高度h，进而算出势能mgh。老师强调势能的相对性，若取重锤初始位置所在的平面为零势能面，那末态的重力势能为-mgh,末态的机械能为，与初态的机械能零作比较即可。师：是否须要测量重物的质量？生：可不测。提取m，只要，同样能说明结果。这样只要比较与gh即可。（2）学生分组试验,采集数据，一学生整理试验数据，另一名学生依据讲义提示完成理论推导。提示试验中g取9.8m/s2各打点处第1组第2组第3组第4组第5组下落高度h/m速度v/(ms-1)gh得出结论：在试验误差允许的范围内，重锤的动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。方案2：利用传感器探究机械能守恒误差分析：这里的误差主要来自于纸带与计时器间的阻力做功，若阻力大大减小，两者会更接近，介绍传感器试验。再现试验结论。方案3：理论探究机械能守恒若阻力忽视，我们来看下同学们的理论推导：(实物展台展示)如图所示，设一个质量为m的物体自由下落，经过高度为h1的A点（初位置）时速度为v1，下落到高度为h2的B点（末位置）时速度为v2.在自由落体运动中，物体只受重力G=mg的作用，重力做正功.设重力所做的功为WG，则由动能定理可得①上式表示，重力所做的功等于动能的增量.另一方面，由重力做功与重力势能的关系知道，WG＝mgh1-mgh2②上式表示，重力所做的功等于重力势能的削减.由①式和②式可得.③小结：在自由落体运动中，重力做了多少功，就有多少重力势能转化为等量的动能，移项后可得或者Ek1+Ep1=Ek2+Ep2;或者E2=E1上式表示，假如只有重力做功，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。同样可以证明，假如只有弹力做功，动能和弹性势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。这个结论叫做机械能守恒定律，它是力学中的一条重要定律，是更普遍的能量守恒定律的一种特别状况.（学案上一起整理机械能守恒定律的内容、表达式和条件）三、机械能守恒定律（1）内容：在只有重力或_弹力做功的物体系统内，动能和势能相互转化，但机械能的总量保持不变。（2）表达式：E2=E1，Ek2+Ep2=Ek1+Ep1,(留意选取零势能面)师：我们已经了解了机械能守恒定律的条件是只有重力或弹力做功，那这里还有一种说法：“机械能守恒的条件是只受重力或弹力”，你同意这个观点吗？请给出理由。学生分组探讨汇总并举例说明老师总结：（3）机械能守恒的条件可以分以下几个方面来理解⑴只受重力或弹力，不受其它力（如自由落体）⑵受其它力，但其它力不做功（如单摆）⑶受其它力，其它力做功，但做功代数和为零，也可以当作机械能守恒来处理只有正确理解机械能守恒的条件，才能在解决问题的过程中正确的运用定律。另外要留意机械能守恒的对象是系统，而非单个物体。【刚好巩固】下列运动中物体机械能守恒的是（）A．着陆伞在空中匀速下降B．抛出去的铅球（不计空气阻力）C．流星划过天空发出光明的光D．光滑曲面上自由下滑的物体小结：推断机械能守恒的方法：①干脆比较初、末状态的机械能E=Ek+Ep②依据定律，是否只有或做功。（首先要受力分析）③除动能和势能外，看是否有其他形式的能参加转化。四、应用与提升1．机械能守恒定律的简洁应用图6地球近地点远地点燃【例题1】（历史回顾图6地球近地点远地点燃图图5【例题2】（当代科技）如图所示，人造卫星运行过程中.近地点的速率与远地点速率哪一个大？为什么？（要比运用开普勒其次定律进行说明要简洁地多）图7【例题3】（生活中的物理）火车到站时要适时刹车，奢侈部分能量，你想如何设计火车站节约能源？（图7师：我们学习了机械能守恒定律的内容和条件，如何说明“碰鼻试验”中的现象呢？引导学生分析：钢球在摇摆过程中，除重力做功外还有空气阻力做功，所以机械能不守恒，随着阻力做功增多，钢球能到达的最高点只会越来越低，故不会撞到同学的鼻子。而单摆试验中，摆角微小，在短时间内，空气阻力做功可以忽视，故小球机械能守恒。【例题4】把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆.摆长为L，最大偏角为θ.小球运动到最低位置时的速度是多大？分析：小球受两个力：重力和悬线的拉力.悬线的拉力始终垂直于小球的运动方向，不做功.小球在摇摆过程中，只有重力做功，所以可用机械能守恒定律求解.解析：选择小球在最低位置时所在的水平面为参考平面.小球在最高点时为初状态，初状态的动能Ek1＝0，重力势能Ep1=mg（L-Lcosθ），机械能Ek1＋Ep1=mg（L-Lcosθ）.小球在最低点时为末状态，末状态的动能,重力势能Ep2=0,末状态的机械能为.依据机械能守恒定律有Ek2+Ep2=Ek1+Ep1所以.总结：1．机械能守恒定律不涉及运动过程中的加速度和时间，用它来处理问题要比牛顿定律便利；2．用机械能守恒定律解题，必需明确初末状态机械能，要分析机械能守恒的条件。五、课堂小结本节课我们从试验和理论探究两方面探究得到了机械能守恒定律，重点是机械