资源简介

物理学科教学设计
课题
4.2研究机械能守恒定律
授课人
课时安排
2课时
课型
新授
授课时间
第周
课标依据
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。
教材分析
解决力学问题一般有三种方法，一是运用力对物体的瞬时作用效果——牛顿运动定律；二是运用力对物体的时间积累的作用效果——动量定律和动量守恒定律；三是运用力对物体的空间积累作用效果——动能定理和机械能守恒定律，根据题设条件提供的具体情况，选择不同的方法，是本节教学的内容之一．
学情分析
动量守恒定律的数学表达公式是矢量式，要使运算简便，可先定正方向，把矢量运算变为代数运算，机械能守恒定律的数学表达公式是标量式，但要先选定零重力势能面，才能列出具体的机械能守恒公式。
前一章节我们学习了动能定律，在引用好人原理上和机械能守恒上有很多的共同之处，在教学中要和动能定律联系起来，并区别开。
三维目标
知识与能力：
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。
3、在具体问题中，能判定机械能是否守恒
过程与方法
1、学会在具体的问题中判这定物体的机械能是否守恒；
2、初步学会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象，分析问题。
情感态度与价值观
1、通过在几种不同运动的研究基础建立机械能守恒定律的过程，增强严谨的科学态度。
2、通过自主推导、DIS实验验证机械能守恒的过程，激发学习的积极性、能动性。
3、在运用机械能守恒定律解决实际问题的过程中，体验学有所得的快乐，并感悟物理与社会生活的紧密联系。
教学重难点
教学重点
1、理解机械能守恒定律的内容。
2、在具体问题中能判定机械能是否守恒。
教学难点
1、得出机械能守恒定律得探究过程。
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。
教法
与
学法
探究法，练习法。
信息技术应用分析
知识点
学习目标
媒体内容与形式
使用方式
媒体来源
课程导入
情感、态度与价值观
PPT
教师播放
制作
机械能
知识与技能
过程与方法
PPT
探究
制作
机械能守恒
知识与技能
过程与方法
PPT
探究
制作
案例分析
知识与技能
情感、态度与价值观
PPT
学生操作
制作
教
学
活
动
设
计
师生活动
设计意图
批注
第一课时
导入新课
1、观看视频（过山车）
2、复习回顾
教师提问；
①本章中我们学习了哪几种形式的能？它们各是如何定义的？它们的表达式如何？
②动能定理的内容和表达式是什么？
学生回答：
①本章我们学习了以下几种能：动能、重力势能、弹性势能。
②动能定理的内容是：物体所受合外力所做的功等于物体动能的改变，即：Ｗ＝ＷＫ２－ＷＫ１。
讲授新课
一.机械能：讲述机械能的概念及其计算公式.
1.机械能概念：动能、重力势能、弹性势能统称为机械能
2.计算公式：E＝EK+EP
3.机械能是标量，
4.具有相对性（需要设定零势能面）
◆过渡：在很多情况下物体的动能、势能之间可以发生相互转化。
举例说明并分析能量的转化过程：
1竖直上抛的物体.在运动过程中能量的转化过程.
提问：
2. 滑雪运动员能量的转化过程.视频演示
3. 撑杆跳运动员在起跳到落地的过程中能量的转化过程.视频演示
实例分析：
明珠线轻轨设计方案
◆过渡：通过上面实例的分析，发现各种形式的能量之间可以发生相互转化，且在转化过程当一种形式的能量增加时另外一种形式的能量减少，
那么在整个过程小球的机械能如何变化？
二.机械能守恒定律的推导.
自主活动：“提桶会不会碰鼻”
◆过渡：动能和势能的转化是有规律的，下面我们用DIS实验来研究一下。（实验过程）
实验结论：小球在摆动过程中机械能保持不变，既守恒。
◆过渡：刚才通过实验，我们对物体的机械能守恒有了感性的认识，下面我们通过一个实例来验证一下。
小组活动，参阅学案
实例分析：质量为1Kg的物体作自由落体运动，高度足够高，分组计算1s未、2s未、3s未、4s未的动能、重力势能以及机械能并作比较（以开始下落点为参考平面，g=10m/s2）
第二课时
理论推导：
如图所示，一个质量为m的物体自由下落，取任意两点A，B，经过A点时的高度为h1、速度为v1，下落到B点时的高度为h2，速度为v2，
（1）.试写出物体在A点时的机械能和在B点时的机械能.
（2）.分析在此过程机械能是如何变化的。
2.引导学生推导在此过程中机械能的变化情况
推导过程
★板书：
解：（1）∵机械能等于物体的动能和势能之和
∴A点的机械能等于
B点的机械能等于
（2）证明EA=EB
由动能定理得： W合=WG=
又据重力做功得到： WG=
由分析可知，重力势能的减少量等于物体动能的增加量，所以A、B两点的机械能相等.
即：
由于A、B是任意两点，所以可以得出如下结论：做自由落体运动的物体在下落过程中，重力势能转化为动能，但总的机械能始终保持不变，即守恒.
机械能守恒定律的条件
提出问题：
在任何条件下机械能都守恒吗？需不需要满足一定的条件？
分析摆球和自由落体的小球的受力情况和做功情况，得出条件：只有重力做功。
对只有重力做功的理解：
a、物体只受重力，不受其他的力。
b、物体除重力外还受其他的力，但其他力不做功。
实例分析：下列情况机械能是否守恒
1．跳伞员利用降落伞在空中匀速下落
2．抛出的篮球在空中运动（不计阻力）
3．用绳拉着一个物体沿着光滑的斜面匀速上升
设置情境
复习回顾，顺利推导机械能守恒定律奠定基础
知道机械能的概念和表达式，
通过分析，强化不同形式之间的能之间可以发生相互转化
价值观渗透：节约能源
在实践中体验与感悟物理知识，体会生活中物理无处不在
认识DIS实验是现代实验研究的重要途径
培养学生间合作精神，体会科学研究的严谨、
分析在这两种情况下机械能是否守恒，并归纳总结机械能守恒的条件
当堂检测
有效练习
1、如下图所示，小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上，在将弹簧压缩到最短的整个过程中，下列关于能量的叙述中正确的是（ ）
（A）重力势能和动能之和总保持不变
（B）重力势能和弹性势能之和总保持不变
（C）动能和弹性势能之和总保持不变
（D）重力势能、弹性势能和动能之和总保持不变
2、在利用电磁打点计时器验证自由下落过程中机械能守恒的实验中,电磁打点计时器是用来测量____的仪器,某学生在实验时打出的纸带如图所示,其中O为重锤由静止下落时打下的第一个点,A、B、C、D为选出的计数点，每相邻两点间都有一个点未画出，用刻度尺测得各点到O点的距离都标在纸带上，实验所在地重力加速度g=9.8m/s2，根据数据计算：打下C点时重锤的速度大小v= （填计算式）＝ （填数值）。重锤从O由静止下落到打C点时的动能增加为
mJ，重力势能的减力量为 mJ.
3、（1）用落体法验证机械能守恒定律，下面哪些测量工具是必需的？( )
(A)天平 (B)弹簧秤 (C)刻度尺 (D)秒表
（2）图是实验中得到的一条纸带。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地的重力加速度 g＝9．80m／s2，测得所用重物的质量为1．00kg，纸带上第0、1两点间距离接近2mm，A、B、C、D是连续打出的四个点，它们到O点的距离如图所示，则由图中数据可知，重物由O点运动到C点，重力势能的减少量小于________J，动能的增加量等于________J（取三位有效数字）。
动能增量小于重力势能的减少量的原因主要是_________________________
________________________________________________________________
作业布置
练习册
课时作业
板书设计
1.文字描述：在只受重力（或弹力）做功的情况下，物体的动能和重力势能（或弹性势能）相互转化，但机械能的总量保持不变.
2.数学表达式：
3.机械能守恒的条件：只有重力做功
a、物体只受重力，不受其他的力。
b、物体除重力外还受其他的力，但其他力不做功。
教学反思
本节课，学习了机械能守恒定律，是高一物理最重要的定律之一，引用非常广泛，在解决运动学相关问题时非常方便，所以是本册教材最重要的一个人内容，在教学中应该加强练习，加深理解，否则在这一块如果没有理解透彻，那么在高三总复习乃至高考当中就更加困难。我们平时的教学应该立足于高三复习和高考，那样才能为高三的复习打好基础。
备注
1.主备教案的内容全部用小四宋体字，二次备课的内容中要删除的内容将字的颜色改为红色（不要真删除），自己添加的所有内容用宋体蓝色字。
2．命名格式要求：序号、章、节、名称(课时)。如：【1】28.1锐角三角函数(1)。

课时集训
基础达标
1.如图4-2-11所示，下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其中图A、B、C中的斜面是光滑的，图D中的斜面是粗糙的，图A、B中的F为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图A、B、D中的木块向下运动，图C中的木块向上运动.在这四个图所示的运动过程中，机械能守恒的是（ ）
图4-2-11
解析：机械能守恒的条件是：物体只受重力或弹力的作用，或者还受其他力作用，但其他力不做功，那么在动能和势能的相互转化过程中，物体的机械能守恒.依照此条件分析，A、B、D三项均错.
答案：C
2.如图4-2-12所示，斜面体置于光滑水平地面上，其光滑斜面上有一物体由静止沿斜面下滑.在物体下滑过程中，下列说法正确的是（ ）
A．物体的重力势能减少，动能增大
B．物体的重力势能完全转化为物体的动能
C．物体的机械能减少
D．物体和斜面体组成的系统机械能守恒
图4-2-12
解析：由于斜面体放在光滑水平地面上，当物体沿斜面下滑时，物体实际位移方向和物体所受支持力的方向不垂直，所以支持力对物体做了功(负功)，物体的机械能不守恒，物体的机械能减少了，物体对斜面体的压力对斜面体做了功(正功)，斜面体的机械能增加了，斜面体的机械能也不守恒．
对物体和斜面体组成的系统，斜面和物体之间的弹力是内力，对系统做功的代数和为零，即不消耗机械能．在物体和斜面体的运动过程中只有重力做功，所以系统的机械能守恒．
物体在下滑过程中重力势能减少，一部分转化为物体的动能，另一部分则转化为斜面体的动能．
答案：ACD
3.如图4-2-13，质量为m的物体在地面上沿斜向上方向以初速度v0抛出后，能达到的最大高度为H，当它将要落到离地面高度为h的平台上时，下列判断正确的是(不计空气阻力且以地面为参考面)（ ）
A．它的总机械能为mv02
B．它的总机械能为mgH
C．它的动能为mg(H-h)
D．它的动能为mv02-mgh
图4-2-13
解析：物体在空中运动时，由于不计空气阻力，所以物体只受重力作用，只有重力对物体做功，物体的机械能守恒．选择地面为参考平面，所以物体的总机械能为mv02．A正确．
物体在最高点时，由于物体具有一个水平向前的速度，因而具有一定的动能，此时的总机械能等于此时的动能和重力势能mgH之和，所以B错误．
由于机械能守恒，物体在平台上的动能和势能mgh之和总等于mv02，所以物体落在平台上时的动能等于mv02-mgh，选项C错误，D正确．
答案：AD
4.关于机械能守恒定律适用条件的下列说法中正确的是（ ）
A.只有重力和弹性力作用时，机械能守恒
B.当有其他外力作用时，只要合外力为零，机械能守恒
C.当有其他外力作用时，只要合外力的功为零，机械能守恒
D.炮弹在空中飞行不计阻力时，仅受重力作用，所以爆炸前后机械能守恒
解析：机械能守恒定律的条件是“只有重力和弹力做功”，不是“只有重力和弹性力作用”，做功和作用是两个不同概念，有力作用不一定做功，A错.物体受其他外力作用且合外力为零时，机械能可以不守恒，如匀速下落的物体，合外力为零，但由于阻力对物体做功，机械能减小，B错，C对.炮弹爆炸时由于有化学能与机械能的转化，机械能不守恒，D错.
答案：C
5.如图4-2-14所示，物体B的质量等于物体A的质量，在不计摩擦阻力的情况下，A物体自高H处由静止开始下落，且B始终在同一水平面上，若以地面为零势能面，当A的动能与势能相等时，A距地面的高度是（ ）
图4-2-14
A.H B.H C.H D.H
答案：D
6.在做“动能与重力势能的转化和守恒”的实验时，用打点计时器打出纸带如图4-2-15所示，其中A点为打下的第一个点，0、1、2……为连续的计数点.现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T.根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为_____________：.在打第5号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为____________-：.要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第____________号和第号____________计数点之间的过程为研究对象.
图4-2-15
答案：（s6＋s5＋s4－s3―s2―s1）/9T 2 （s5＋s6）/2T1 5
7.某次“动能与重力势能的转化和守恒”的实验中，用6 V、50 Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图4-2-16所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8 m/s2，若重锤质量为1 kg.
图4-2-16
（1）打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB＝___________m/s，重锤的动能EkB＝
___________-J.
（2）从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为____________J.
（3）根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是_______________.
答案：（1）1.175 0.69
（2）0.69
（3）机械能守恒
综合运用
8.一滑块以2 m／s的速度在光滑水平面上滑动，运动到A点时沿光滑曲面下滑到曲面的最低点(比水平面低1 m)．滑块接着沿曲面的右侧上滑，如图4-2-17所示.求滑块能到达的最大高度比曲面最低点高出多少．(g取10 m／s2)
图4-2-17
解析：取曲面最低点为零势能面，设能到达的最大高度为h，mgh＝mv2＋mgh1 ，得h＝1.2 m.
答案：1.2 m
9.如图4-2-18所示，物块、斜面体与水平地面均光滑，物块从静止沿斜面下滑过程中，物块的机械能是否守恒？物块和斜面体组成的系统机械能是否守恒？
图4-2-18
答案：由于斜面体本身要向右滑动，所以斜面对物块的弹力和物块的实际运动方向已经不再垂直(如图)，弹力要做功，而且是做负功，对物块来说不再满足机械能守恒条件，物块的机械能要减少.对斜面体来说，受到的压力Fn′对斜面体做正功使斜面体机械能增加.这一对内力Fn、Fn′所做功的代数和为零，使物块的一部分机械能转移到斜面体上来，ΔE物减＝ΔE斜增，故物块和斜面组成的系统中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化，则系统机械能守恒.
10.如图4-2-19所示，一水平方向的足够长的传送带以恒定的速度v＝3 m/s沿顺时针方向转动，传送带右端固定着一光滑曲面，并与曲面下端相切，一物块自曲面上高为H的P点由静止滑下，滑到传送带上继续向左运动，物块没有从左边滑离传送带.已知传送带与物体间的动摩擦因数μ＝0.2，不计物块滑过曲面与传送带交接处的能量损失，g取10 m/s2.求：
图4-2-19
（1）H1＝1.5 m，物块返回曲面时上升的最大高度；
（2）H2＝0.2 m，物块返回曲面时上升的最大高度.
解析：物块从光滑曲面滑下过程机械能守恒，物块滑上传送带后，开始向左匀减速运动，后来向右匀加速运动，速度增至与传送带速度相等后，改做匀速直线运动，滑上曲面的过程，又满足机械能守恒，可利用机械能守恒定律和动能定理列方程求解.
（1）设物块滑至曲面下端时的速度为v1，由mgH1＝mv12
代入数据得：
v1＝m/s
物块在传送带上做匀减速运动至速度为零后，又向右加速，由于v1＞v（即＞3），则当加速至3 m/s时与传送带一起匀速运动，直到又滑上曲面，故滑上曲面时的速度为：v＝3 m/s
上升的最大高度：
h1＝＝0.45 m.
（2）设物块滑至曲面下端时的速度为v2，
由mgH2＝mv22
代入数据得：
v2＝2 m/s
因此速度小于3 m/s，物块在传送带上匀变速直线运动，又返回曲面时速度仍为2 m/s
上升的最大高度就是原下降的距离，即h2＝H2＝0.2 m.
答案：（1）0.45 m
（2）0.2 m
拓展探究
11.如图4-2-20所示，质量均为m的小球A、B、C之间用长为l的细线相连，置于高为h的光滑水平桌面上，l＞h，A球刚跨过桌边，若A球、B球相继下落着地后不再反跳，则C球离开桌边时速度大小是多少？
图4-2-20
解析：A下落过程中重力做功，重力势能转化成三个球的动能；B下落过程重力做功，使B、C两球的动能增加，这两个过程机械能守恒.
先以地球和三个小球组成的系统作为研究对象，
Ep0＝3mgh，Ek0＝0
Ept＝2mgh，Ekt＝·3mv12
其中v1为A落地时三球运动的共同速率，由系统机械能守恒得：
3mgh＝2mgh+mv12
A落地后，研究对象变为由地球及B、C两球组成的物体系统
Ep0′＝2mgh，Ek0′＝·2mv12
Ept′＝mgh，Ekt＝·2mv22
其中v2为B球落下时B、C两球具有的速率，也就是C球离开桌边时的速率，新的系统机械能也守恒：
2mgh+·2mv12＝mgh+·2mv22
所以v2＝.
答案：

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