《8 机械能守恒定律》导学案

《8机械能守恒定律》导学案班次：组号：姓名：【学习目标】知识与能力目标：1、能说出机械能的概念，理解动能和势能之间的相互转化。2、会判断机械能是否守恒，能根据机械能守恒定律解决简单的实际问题。过程与方法目标：1、通过实例分析，提高对物理现象的观察和分析能力。2、经历机械能守恒定律的推导过程，体会科学探究的方法。情感态度与价值观目标：1、感受机械能守恒定律的简洁美和普遍性，激发对物理学科的兴趣。2、培养节约能源、合理利用能源的意识。【学法指导】1、预习课本内容，标记出不理解的地方。2、结合生活中的实例进行思考，如过山车的运动过程等。3、积极参与课堂讨论，与同学合作学习。4、做完练习题后，认真总结解题思路和方法。【重、难点】重点：1、机械能守恒定律的内容和表达式。2、应用机械能守恒定律解决实际问题。难点：1、理解机械能守恒的条件。2、正确判断系统的机械能是否守恒。【课前检测】1、动能的表达式为E_{k}=\frac{1}{2}mv^{2}，重力势能的表达式为E_{p}=mgh（其中h是相对于参考平面的高度），弹性势能与什么因素有关呢？（答案：与弹簧的劲度系数和形变量有关）2、一个质量为m的物体，以速度v做匀速直线运动，它的动能是多少？（答案：根据动能表达式，动能为\frac{1}{2}mv^{2}）3、一个质量为2kg的物体，放在离地面5m高的地方（取地面为参考平面），它的重力势能是多少？（答案：根据重力势能表达式，重力势能为2\times10\times5=100J，这里取g=10m/s²）【知识链接】一、能量的概念咱们生活中到处都有能量的影子。就像我上次去游乐园玩过山车，那过山车启动的时候需要消耗电能，电能转化为过山车的机械能，让它能在轨道上跑起来。能量是一个很神奇的东西，它不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，这就是能量守恒定律。机械能就是能量的一种，它包括动能和势能（重力势能和弹性势能）。二、动能和势能的相互转化1、动能和重力势能的转化还是说那过山车，当它爬上高高的山坡时，速度慢慢变小，高度越来越高，这时候动能在减小，重力势能在增加，是动能转化为重力势能。而当过山车从山坡上冲下来的时候，速度越来越快，高度降低，这就是重力势能转化为动能。2、动能和弹性势能的转化像射箭的时候，拉开弓，弓发生弹性形变具有了弹性势能，一松手，箭飞出去，弓的弹性势能就转化为箭的动能。【学习过程】一、导入同学们，我给你们讲个有趣的事儿。我家有个小侄子，他特别喜欢玩弹弓。有一次，他把弹弓拉得满满的，然后对着远处的一个小目标发射小石子。在这个过程中，弹弓的皮筋被拉伸具有弹性势能，当他松开手的时候，小石子就飞出去了，皮筋的弹性势能就转化为小石子的动能。这就是我们生活中能量转化的一个小例子。今天呢，我们就来深入学习机械能守恒定律，看看能量在机械能这个大家庭里是怎么转化和守恒的。二、点评学案完成情况咱们先看看大家课前检测做得怎么样。有没有同学在动能、势能的表达式上还存在疑问呀？如果有，这可就是咱们这节课要重点理解的基础内容哦。还有那些关于计算重力势能的题，有没有计算错误的呢？大家可以互相交流一下自己的问题。三、明确本堂课的任务目标这节课啊，咱们的主要任务就是搞清楚机械能守恒定律。要知道什么情况下机械能是守恒的，学会判断，还得会用这个定律解决一些实际问题。就像我们知道了弹弓发射小石子的能量转化原理，那我们就要用这个原理去解决更复杂的类似问题。四、新课讲授1、机械能的概念同学们，机械能呢，就是动能和势能（重力势能和弹性势能）的总和。比如说一个在半空中飞行的篮球，它既有由于运动而具有的动能，又因为它相对于地面有一定的高度而具有重力势能，这两部分加起来就是篮球的机械能。那谁能举个生活中的例子，说说某个物体的机械能都包含哪些部分呢？（让学生回答，引导思考）2、机械能守恒定律的推导咱们假设一个物体只受重力作用，从高处自由下落。根据动能定理，重力做功等于动能的增加量，也就是W=\DeltaE_{k}，而重力做功又可以表示为重力势能的减少量，即W=mgh_{1}-mgh_{2}（这里h1是初始高度，h2是末高度），所以就有mgh_{1}-mgh_{2}=\frac{1}{2}mv_{2}^{2}-\frac{1}{2}mv_{1}^{2}，移项得到mgh_{1}+\frac{1}{2}mv_{1}^{2}=mgh_{2}+\frac{1}{2}mv_{2}^{2}。这个式子就表明在只有重力做功的情况下，物体的机械能是守恒的。这个推导过程大家要理解，这是我们理解机械能守恒定律的关键。3、机械能守恒的条件那什么时候机械能才守恒呢？刚刚我们推导的时候是假设只有重力做功。实际上，如果只有重力和弹力做功，系统的机械能也是守恒的。比如说一个弹簧和一个小球组成的系统，在光滑的水平面上，小球压缩弹簧再弹开的过程中，只有弹簧的弹力和小球的重力做功，这个系统的机械能就是守恒的。大家想一想，如果有摩擦力做功呢？机械能还守恒吗？（引导学生讨论）五、合作探究，小组展示1、小组讨论以下问题：（1）一个物体在粗糙斜面上滑下，机械能守恒吗？为什么？（2）在一个光滑的半圆形轨道上，一个小球从一端静止释放，在小球运动的过程中，机械能是否守恒？请说明理由。每个小组讨论后，派一个代表来回答问题。在回答的时候，要把机械能守恒的条件说清楚哦。2、案例分析有一个单摆，摆球的质量为m，摆长为L，当摆球从与竖直方向成θ角的位置静止释放，求摆球到达最低点时的速度大小。（1）首先让学生分析这个问题中机械能是否守恒。（答案是守恒的，因为只有重力做功）（2）然后让学生根据机械能守恒定律列出方程求解。（根据机械能守恒定律mgh=\frac{1}{2}mv^{2}，这里h=L(1-cosθ)，可解得v=\sqrt{2gL(1-cos\theta)}）六、课堂小结同学们，今天我们学习了机械能守恒定律。就像我们一开始说的过山车、弹弓、小侄子玩弹弓发射石子的例子，这些都是机械能转化和守恒的体现。我们知道了机械能包括动能和势能，也知道了机械能守恒的条件是只有重力和弹力做功，还学会了用机械能守恒定律来解决一些实际问题。这就像我们找到了一把钥匙，可以打开很多关于能量转化问题的大门。但是呢，大家要注意在分析问题的时候，一定要先判断机械能是否守恒，然后再去选择合适的方法解题。七、当堂演练：1、一个质量为2kg的物体从5m高处自由下落，求物体落地时的速度大小。（提示：根据机械能守恒定律求解）2、一个轻质弹簧一端固定在墙上，另一端连接一个质量为1kg的物体，弹簧的劲度系数为100N/m。物体被拉离平衡位置0.2m后静止释放，求物体经过平衡位置时的速度大小。（忽略摩擦力）3、判断下列情况机械能是否守恒：（1）雨滴在空中匀速下落。（2）一个小球在光滑的斜面上加速下滑。八、作业：1、课本上关于机械能守恒定律的课后练习题。2、思考一个实际生活中的场景，如秋千的摆动过程，用机械能守恒定律分析其中的能量转化，并写一篇小短文描述。九、学后反思我的收获：1、我学到了机械能的概念，知道机械能是动能和势能的总和。2、理解了机械