機(jī)械能守恒定律教學(xué)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-10-13 21:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 和斜面對(duì)它的支持力，這兩個(gè)力中重力對(duì)物體做負(fù)功，支持力的方向始終和物體運(yùn)動(dòng)方向垂直，所以支持力不做功．師：在豎直上拋過程中能量的轉(zhuǎn)化情況是怎樣的?生：在豎直上拋過程中，先是物體的動(dòng)能減少，重力勢(shì)能增加，然后是重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加．師：我們下面再看這樣一個(gè)例子：(演示：如圖5．8—1，用細(xì)線、小球、帶有標(biāo)尺的鐵架臺(tái)等做實(shí)驗(yàn)．把一個(gè)小球用細(xì)線懸掛起來，把小球拉到一定高度的A點(diǎn)，然后放開，小球在擺動(dòng)過程中，重力勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化．我們看到，小球可以擺到跟A點(diǎn)等高的C點(diǎn)，如圖5．8—1甲．如果用尺子在某一點(diǎn)擋住細(xì)線，小球雖然不能擺到C點(diǎn)，但擺到另一側(cè)時(shí)，也能達(dá)到跟A點(diǎn)相同的高度，如圖5．8—1乙)師：在這個(gè)小實(shí)驗(yàn)中，小球的受力情況如何?各個(gè)力的做功情況如何?這個(gè)小實(shí)驗(yàn)說明了什么問題?能否找到一個(gè)守恒量？生：小球在擺動(dòng)過程中受重力和繩的拉力作用．拉力和速度方向總垂直，對(duì)小球不做功，只有重力對(duì)小球能做功．實(shí)驗(yàn)證明，小球在擺動(dòng)過程中重力勢(shì)能和動(dòng)能在不斷轉(zhuǎn)化．在擺動(dòng)過程中，小球總能回到原來的高度．可見，重力勢(shì)能和動(dòng)能的總和不變． 師：上面幾個(gè)例子都是說明動(dòng)能和重力勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化，那么動(dòng)能和另外一個(gè)勢(shì)能——彈性勢(shì)能之間的關(guān)系又是什么呢?我們看下面一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)．(實(shí)驗(yàn)演示，如圖5．8—2，水平方向的彈簧振于．用彈簧振子演示動(dòng)能和彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化)師：在這個(gè)小實(shí)驗(yàn)中，小球的受力情況如何?各個(gè)力的做功情況如何?這個(gè)小實(shí)驗(yàn)說明了什么?(學(xué)生觀察演示實(shí)驗(yàn)，思考問題，選出代表發(fā)表見解)生1：小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，豎直方向上受重力和桿的支持力作用，水平方向上受彈力作用．重力、支持力和速度方向總垂直，對(duì)小球不做功；只有彈簧的彈力對(duì)小球能做功．生2：實(shí)驗(yàn)證明，小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中彈性勢(shì)能和動(dòng)能在不斷轉(zhuǎn)化．小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中總能回到原來的位置，可見，彈性勢(shì)能和動(dòng)能的總和應(yīng)該不變．師：動(dòng)能和重力勢(shì)能的總和或者動(dòng)能和彈性勢(shì)能的總和叫做什么能量? 生：動(dòng)能和重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的總和叫做機(jī)械能．師：上述幾個(gè)例子中，系統(tǒng)的機(jī)械能的變化情況是怎樣的? 生：雖然動(dòng)能不斷地變化，勢(shì)能也不斷地變化，它們的變化應(yīng)該存在一個(gè)規(guī)律，即總的機(jī)械能是不變的．二、機(jī)械能守恒定律師：我們來看這樣一個(gè)問題：(課件展示課本76頁圖7．8—3的問題，學(xué)生自主推導(dǎo)結(jié)論，老師巡視指導(dǎo)，及時(shí)解決學(xué)生可能遇到的困難．投影學(xué)生的推導(dǎo)過程，和其他學(xué)生一起點(diǎn)評(píng))物體沿光滑曲面滑下，只有重力對(duì)物體做功．用我們學(xué)過的動(dòng)能定理以及重力的功和重力勢(shì)能的關(guān)系，推導(dǎo)出物體在A處的機(jī)械能和B處的機(jī)械能相等．師：這個(gè)問題應(yīng)該怎樣解決，結(jié)論是什么? 生：推導(dǎo)的結(jié)果為：Ek2 +EP2 =Ek1 + EP1，即E1= E2． 師：這個(gè)結(jié)論用文字?jǐn)⑹鰬?yīng)該是什么? 生：動(dòng)能和重力勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變． 師：這個(gè)結(jié)論的前提是什么? 生：這個(gè)結(jié)論的前提是在只有重力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)．師：除了這樣一個(gè)條件之外，在只有彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和彈性勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能不變．師(得出結(jié)論)：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和彈性勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，總的機(jī)械能也保持不變，這就是機(jī)械能守恒定律．（課件展示出讓學(xué)生判斷各個(gè)實(shí)例中機(jī)械能是否守恒。學(xué)生練習(xí)，并讓學(xué)生主動(dòng)解釋教師適時(shí)給予引導(dǎo)，給出正確的評(píng)價(jià)）(投影展示課本76—77頁例題，學(xué)生嘗試獨(dú)立解決這個(gè)問題，在解決問題中體會(huì)用機(jī)械能守恒定律解決問題的一般步驟)把一個(gè)小球用細(xì)線懸掛起來，就成為一個(gè)擺，擺長為L，最大傾角為θ．小球到達(dá)最底端的速度是多大? 師：這個(gè)問題應(yīng)該怎樣分析? 生：和剛才舉的例子一樣，小球在擺動(dòng)過程中受到重力和細(xì)線的拉力．細(xì)線的拉力與小球的運(yùn)動(dòng)方向垂直，不做功，所以整個(gè)過程中只有重力做功，機(jī)械能守恒．小球在最高點(diǎn)只有重力勢(shì)能，沒有動(dòng)能，計(jì)算小球在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的重力勢(shì)能的差值，根據(jù)機(jī)械能守恒定律就能得到它在最低點(diǎn)的動(dòng)能，從而計(jì)算出在最低點(diǎn)的速度．師：具體的解答過程是什么?師：通過這個(gè)題目的解答，你能夠得到什么啟發(fā)呢? 生1：機(jī)械能守恒定律不涉及運(yùn)動(dòng)過程中的加速度和時(shí)間，用它來處理問題要比牛頓定律方便．生2：用機(jī)械能守恒定律解題，必須明確初末狀態(tài)機(jī)械能，要分析機(jī)械能守恒的條件． 師：下面大家總結(jié)一下用機(jī)械能守恒定律解決問題的一般步驟．(投影學(xué)生總結(jié)的用機(jī)械能守恒定律解題的一般步驟，組織學(xué)生討論完善這個(gè)問題，形成共同的看法)(參考解題步驟)生：可以分為以下幾步進(jìn)行： 1．選取研究對(duì)象——系統(tǒng)或物體．2．根據(jù)研究對(duì)象所經(jīng)歷的物理過程．進(jìn)行受力、做功分析，判斷機(jī)械能是否守恒． 3．恰當(dāng)?shù)剡x取參考平面，確定研究對(duì)象在過程的初末狀態(tài)時(shí)的機(jī)械能． 4．根據(jù)機(jī)械能守恒定律列方程，進(jìn)行求解．師：它和動(dòng)能定理解題的相同點(diǎn)是什么呢? 生：這兩個(gè)定理都可以解決變力做功問題和運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線的問題．它們都關(guān)心物體初末狀態(tài)的物理量．師：用動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律解題的不同點(diǎn)是什么? 生：機(jī)械能守恒定律需要先判斷機(jī)械能是不是守恒，而應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí)要求要比機(jī)械能守恒定律條件要寬松得多．應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問題首先要規(guī)定零勢(shì)能面，而用動(dòng)能定理解決問題則不需要這一步．師：剛才同學(xué)們分析得都很好，機(jī)械能守恒定律是一個(gè)非常重要的定律，大家一定要熟練掌握它．實(shí)例探究：如圖所示，在豎直平面內(nèi)有一段四分之一圓弧軌道，半徑OA在水平方向，一個(gè)質(zhì)量為m的小球從頂端A點(diǎn)由靜止開始下滑，不計(jì)摩擦，求小球到達(dá)軌道底端B點(diǎn)時(shí)小球?qū)壍缐毫Φ拇笮槎嗌伲?[課堂小結(jié)]（讓學(xué)生根據(jù)聽課效果給出總結(jié)，教師點(diǎn)評(píng)指正。）[板書設(shè)計(jì)]機(jī)械能守恒定律內(nèi)容：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。Ek1+Ep1=Ek2+Ep2表達(dá)式： E1=E2
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