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课题 第二章 机械能 第三节 势能 机械能守恒定律 2课时
教 学 目 标 知识目标 1. 了解重力势能和弹性势能； 2. 知道机械能是人类生活中常见的能量形式； 3. 理解机械能守恒定律。
能力目标 1. 通过对重力势能的学习，训练根据物理公式分析问题的能力； 2. 能利用机械能守恒定律的公式进行简单计算； 3. 能利用机械能守恒定律分析生产、生活中的有关问题。
情感目标 1. 通过对本节的学习，初步体会自然界中普遍遵守的能量守恒规律； 2. 通过对三峡工程的了解，增强民族自豪感。
重点 重力势能的概念，机械能守恒定律
难点 机械能守恒定律
教具 多媒体展示系统、动能与重力势能的相互转化演示实验
主要教学过程 学生活动
教 学 过 程 设 计 一、引入课题 用多媒体展示系统展示教材图2-12，展示出一幅三峡大坝正在排水发电的情景。 提问：我国的长江三峡水利枢纽工程，是当今世界上最大的水利枢纽工程。工程设计正常蓄水位l75 m，总库容 393亿立方米，总装机容量为1 820 万千瓦，年发电量 847亿千瓦·时。你知道三峡大坝为什么会有如此大的发电量吗？ （一般情况下，学生回答不出来。因为他们在实践阶段只定性学习过重力势能，没有定量学习过重力势能。） 引入课题： 今天，我们来进一步学习有关重力势能的知识——第三节 势能 机械能守恒定律。 二、势能 初中我们已经学过，被举高的物体具有做功的本领，因此它具有能量。我们把地球表面附近的物体具有的跟它的高度相关的能量，叫作重力势能。高处的物体究竟具有多少能量呢？ 用多媒体展示系统展示教材图2-13。 提问：设一个质量为m的物体，从高度为处，竖直向下落到地面，这个过程中重力做的功为多少？ （大多数学生能够回答出来） W＝mgh 因此可知，物体在高度处的重力势能Ep= mgh。 重力势能是标量，它的SI单位跟动能的一样也是J。 由重力势能公式可知，物体距地面越高，重力势能越大；反之，就越小。处于地平面以下的物体，公式中的h应为负值，其重力势能也为负值。在这里，负号只是表示它的重力势能比在地面处的重力势能小。 以上是把物体在地面处的重力势能当作零，当然也可选择另一水平面作为零势能面，这时上式中的h应是从该面算起的高度。在计算重力势能时，应同时说明零势能面的位置。一般情况下，常选地面为零势能面。 用多媒体展示系统展示教材图2-14。 卷紧的发条、拉伸或压缩的弹簧、拉开的弓、正在击球的球拍、撑杆跳运动员手中弯曲的杆，等等，这些物体由于发生了弹性形变，而具有了做功的本领，我们把这种能量叫作弹性势能。 三、机械能守恒定律 我们在初中学过，重力势能和动能之间可以发生相互转化。 用多媒体展示系统展示教材图2-15。 演示实验 动能与重力势能的相互转化 把一个小球用细线悬挂起来，把小球拉到一定高度的A点，然后放开，小球就摆向另一端的B点。通过测量可以发现，B点与A点高度相同。如果用尺把细线上的某一点挡住，小球则会摆到C点。通过测量可以发现，C点与A点、B点高度仍然相同。 提问：这个实验说明了什么？ （这个实验表明，小球在摆动的过程中，重力势能和动能发生了转化，而它们的总量保持不变） 用多媒体展示系统展示教材图2-16。 一个质量为m自由下落的物体，从高度为h1的A点下落到高度为h2的B点，速度从v1增加到v2。在此过程中，物体的重力势能减少了，而动能增加了。可以证明，物体的重力势能减少的量等于动能增加的量，动能与重力势能之和保持不变。用公式可表示为 在自由落体运动中，只有重力做功，动能与重力势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。在各种抛体运动中，如果忽略空气阻力，物体的总机械能也保持不变。 用多媒体展示系统展示教材图2-17。 物体在光滑斜面上运动时，虽然物体受重力和支持力的作用，但支持力对物体不做功，只有重力做功。可以证明，在此过程中物体的机械能也保持不变。 在只有弹力做功的过程中，动能和弹性势能可以互相转化，总的机械能也保持不变。 在只有重力（或弹力）做功的情况下，物体的动能和重力势能发生相互转化，机械能的总量保持不变。这个结论叫作机械能守恒定律，它是力学中的一条重要规律，也是能量守恒定律的一种形式。 例题 物体从l m高、2 m长的光滑斜面顶端，由静止开始无摩擦地滑下，到达斜面底端时的速度多大 （不计空气阻力） 解 设物体的质量为m，根据机械能守恒定律，并选取地面为零势能面，有 说明 本题应用牛顿运动定律和运动学公式求解，也可以得到同样的结果，但是，应用机械能守恒定律，在解决问题的步骤上要简单得多。如果把斜面换成曲面，我们同样可以运用机械能守恒定律方便地求出结果，而直接应用牛顿运动定律，由于物体在曲面上受的合外力是时刻变化的，处理起来就困难得多。 水力发电一般是利用位于高处的河水发电的。河流中位于高处的水具有较高的重力势能，流到低处时，水的重力势能转化成动能，推动水轮机转动，水轮机再对发电机做功，使其产生出电能。 回应本节前的问题： 三峡大坝是迄今世界上综合效益最大的水利枢纽，大坝为混凝土重力坝，坝顶总长3 035 m，坝顶高程185 m，正常蓄水位175 m，总库容393亿立方米，大坝内安装32台单机容量为70万千瓦水轮发电机组，其2 240万千瓦的总装机容量为世界第一，三峡大坝荣获世界纪录协会世界最大的水利枢纽工程世界纪录。 观看图片 学生思考并尝试回答 板书 板书 板书 学生观看 学生回答 板书 板书 板书 板书 学生观看 板书 板书 学生观看 学生观察 学生回答 学生观看 板书 学生观看 板书 板书 结合生活，激发兴趣 进行爱国主义教育
小 结 势能 机械能守恒定律 1．势能 我们把地球表面附近的物体由于与地球之间存在一定的高度关系而具有的能量叫作重力势能。可用公式表示为： Ep= mgh 物体由于弹性形变而具有的能量叫作弹性势能。 2．机械能守恒定律 在只有重力（或弹力）做功的情况下，物体的动能和重力势能发生相互转化，机械能的总量保持不变。这个结论叫机械能守恒定律。 回顾本节知识；体会思考方法；感受情感态度
随 堂 练 习 练习2-3 1．答 一个重50 N的物体，从距地面12 m高的地方自由下落，当下落4 m时的重力势能是 400 J；落地时的重力势能是 0 J；在整个下落过程，重力势能变化了 600 J 。 2．答 一个重力为10 N的物体，从4 m高处由静止自由落下，落到l m高处的机械能是 40 J。 4．解 这种设计可以使进入站台的列车的一部分动能转化为重力势能，储存起来，减少了列车刹车时的能量损失。当列车驶出站台时，这部分重力势能又可以转化为列车的动能，减少了列车启动时的能量消耗。 当列车关掉动力以36 km/h＝10 m/s的速度冲向站台时，它具有的动能为 列车在2 m高的站台上具有的重力势能为 由于列车在站台下的动能大于在站台上的重力势能，因此列车能够冲上站台。 思考并回答
课 后 作 业 练习2-3 3．解 由题意可知，石子从高处落下过程中只有重力做功，机械能守恒。由机械能守恒定律，取地面的重力势能为零，得 v2＝25 m/s 要求学生独立完成

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