《8機(jī)械能守恒定律》導(dǎo)學(xué)案

1、實(shí)驗(yàn)：球碰不到鼻子(大夸張) 8 機(jī)械能守恒定律導(dǎo)學(xué)案一、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：1.知道什么是機(jī)械能，知道物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。2.會(huì)正確推導(dǎo)物體在光滑曲面上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械能守恒，理解機(jī)械能守恒定律的條件，知道它的內(nèi)容和表達(dá)式。3.在具體問(wèn)題中，能判定機(jī)械能是否守恒，并能列出機(jī)械能守恒的方程式。過(guò)程與方法：1.學(xué)會(huì)在具體的問(wèn)題中判定物體的機(jī)械能是否守恒。2.初步學(xué)會(huì)從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)來(lái)解釋物理現(xiàn)象，分析問(wèn)題。情感、態(tài)度與價(jià)值觀：使學(xué)生樹(shù)立科學(xué)觀點(diǎn)，理解和運(yùn)用自然規(guī)律，并用來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。二、自主學(xué)習(xí)研讀課本，回答第三部分問(wèn)題三、預(yù)習(xí)問(wèn)題1、復(fù)習(xí)1）本章前面學(xué)過(guò)哪幾種形式的能量？寫(xiě)出

2、它的表達(dá)式或者寫(xiě)出與哪些因素有關(guān)，并說(shuō)明各量的含義。動(dòng)能 EK=mv 2/2 、重力勢(shì)能EP=mgh （零勢(shì)能面，相對(duì)性） 、彈簧彈性勢(shì)能（與形變量有關(guān)）。三者統(tǒng)稱(chēng)機(jī)械能。2）合外力做功W合 與初末動(dòng)能 EK1K2有何關(guān)系？重力做功WG 與初末態(tài)重力勢(shì)能EP1、E、E 有何關(guān)系？彈簧彈力做功WN與初末態(tài)彈性勢(shì)能E 、 EP2有何關(guān)系？P2P1W 合=E K2 -E K1( 末減初 )、 W G=E P1-E P2 (初減末 )、W N =E P1 -E P2(初減末 )2、動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化1） 物體在做豎直上拋過(guò)程中，各能量是如何變化的？能量為什么這樣變化？上升過(guò)程： EK 減小、重力EP

3、 增加。重力為合外力，做負(fù)功使動(dòng)能減小，重力勢(shì)能增加；下降過(guò)程： EK 增加、重力EP 減小。重力為合外力，做正功使動(dòng)能增加，重力勢(shì)能減??；通過(guò)重力做功，可以使動(dòng)能和重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化。2）在光滑水平地面上，水平彈簧一端固定，另一端栓一物體。物體被拉到原長(zhǎng)處O 的右側(cè) A 處 , ,然后輕輕釋放物體，物體從A 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 O 處后繼續(xù)向左，到 B 點(diǎn)時(shí)速度變?yōu)榱恪Ｕ麄€(gè)過(guò)程，各能量如何變化？為什么這樣變化？A-O 過(guò)程： EK 增加、彈性EP 減小。彈簧彈力為合外力，做正功使動(dòng)能增加，彈性勢(shì)能減小；O-B 過(guò)程： EK 減小、彈性EP 增加。彈簧彈力為合外力，做負(fù)功使動(dòng)能減小，彈性勢(shì)能增加；通過(guò)彈力

4、做功，可以使動(dòng)能和彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化。3、機(jī)械能守恒定律1）理論推導(dǎo)（ 1）按照?qǐng)D示情景和條件，理論分析：在只有重力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和重力勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能有何特點(diǎn)？注意得出結(jié)論并指明各公式含義。小球受重力和支持力，但支持力不做功 （？彈力一直垂直于K1P1EE速度，瞬時(shí)功率一直為零），僅重力做功。所以重力做功為合外力做功W G=W合 =E K2 -EK1光滑曲面重力做功與重力勢(shì)能關(guān)系W=EP1-EP2所以EK2 EP2G零勢(shì)能面EK2 -EK1 =E K2-E K1 （動(dòng)能增加量等于重力勢(shì)能減小量）EK2 +E K2 =E K1 +E K1E2 =E 1 (末態(tài)機(jī)械能等于初態(tài)

5、機(jī)械能）結(jié)論：在只有重力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，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。根據(jù)等式為什么說(shuō)是守恒？因?yàn)槟B(tài)為任意時(shí)刻，所以任何時(shí)刻機(jī)械能都等于初態(tài)機(jī)械能，所以只有重力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，機(jī)械能守恒。守恒的原因？只有重力做功，只發(fā)生動(dòng)能和重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，屬于機(jī)械能內(nèi)部能量的相互轉(zhuǎn)化，總量不變。所以物體與地球組成系統(tǒng)機(jī)械能守恒。（ 2）在（ 1）情境中，如果該過(guò)程有滑動(dòng)摩擦力做功，且為Wf, 再試著推導(dǎo)，總機(jī)械能特點(diǎn)和（ 1）中還一樣嗎？由此，你得到什么結(jié)論？W 合= W G -W f =E K2 -EK1GP1-EP2所以W =EEP1 -EP2 - W f =E K2 -E

6、K1無(wú)法得到末態(tài)機(jī)械能等于初態(tài)機(jī)械能。結(jié)論：有其他力做功時(shí)，機(jī)械能不守恒。（ 3）在只有彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和彈性勢(shì)能可以向化轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能有何特點(diǎn)？按照以下情景理論分析：在光滑水平面上，彈簧原長(zhǎng)在 O 點(diǎn)，物體被彈簧從 A 點(diǎn)拉到 C 點(diǎn)過(guò)程中。通過(guò)受力分析知道，僅彈簧彈力做功。EK2E所以彈力做功為合外力做功W N=W合=E K2 -EK1K1EEP2P1彈力做功與彈性勢(shì)能關(guān)系W N=E P1-E P2 所以EK2 -EK1 =E K2-E K1 （動(dòng)能增加量等于彈性勢(shì)能減小量）EK2 +E K2 =E K1 +E K1 （末態(tài)機(jī)械能等于初態(tài)機(jī)械能）結(jié)論：在只有彈簧彈力做功的物體

7、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)械能保持不變。守恒的原因？只有彈力做功，只發(fā)生動(dòng)能和彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，屬于機(jī)械能內(nèi)部能量的相互轉(zhuǎn)化，總量不變。所以物體和彈簧組成系統(tǒng)機(jī)械能守恒。（ 4）在（ 3）中如果地面有摩擦，摩擦力做功，機(jī)械能還守恒嗎？不守恒，道理同（2 ）2）機(jī)械能守恒定律（ 1）內(nèi)容在只有重力和彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，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。（ 2）條件只有重力和彈力做功只受重力和彈力與只有彈力和重力做功有何區(qū)別？只受重力和彈力：表示只受到重力和彈力作用，無(wú)其他力。如自由落體和拋體類(lèi)問(wèn)題都是只受重力；理論推導(dǎo)時(shí)的水平彈簧栓一物體問(wèn)題只有彈簧彈力做功。小球

8、落到豎直彈簧上，彈簧壓縮過(guò)程，只有重力和彈簧彈力。以上情景機(jī)械能守恒。只有重力和彈力做功：表示可以有其他力，但不做功或其他力做功的代數(shù)和為零。如物體在光滑斜面上滑下，受重力和彈力作用，但彈力布做功；如一繩子通過(guò)定滑輪分別拴住兩個(gè)物體，不計(jì)摩擦，兩個(gè)物體一個(gè)上升，一個(gè)下落，繩子對(duì)兩物體分別作正功和負(fù)功等大，總功為零，相當(dāng)于只有重力做功，機(jī)械能守恒。（ 3）表達(dá)式及含義E2 =E 1 (末態(tài)機(jī)械能等于初態(tài)機(jī)械能)EK2 -EK1 =E K2-E K1 （動(dòng)能增加量等于勢(shì)能減小量）（ 4）研究對(duì)象物體、地球和彈簧組成的系統(tǒng)自由落體和拋體類(lèi)問(wèn)題，研究對(duì)象為物體和地球組成系統(tǒng)水平彈簧栓一物體問(wèn)題，研究對(duì)

9、象為彈簧和物體組成系統(tǒng)小球落到豎直彈簧上問(wèn)題，研究對(duì)象為物體、地球和彈簧組成系統(tǒng)（ 5）優(yōu)點(diǎn)（相對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律）只需確定初末狀態(tài)機(jī)械能，不需要考慮過(guò)程和細(xì)節(jié)（ 6）舉例說(shuō)明，生活中哪些情景在忽略阻力時(shí)，可以用機(jī)械能守恒定律來(lái)分析。滑雪、衛(wèi)星在橢圓軌道運(yùn)行、過(guò)山車(chē)、射箭、打彈弓、蹦床、撐桿跳、籃球足球在空中飛、蕩秋千、瀑布四、典型例題解決課本例題，小球和地球組成的系統(tǒng)，在從A-O 過(guò)程中。小球受到重力和繩子拉力作用，拉力不做功（？一直與速度垂直，瞬時(shí)功率一直為零。）只有重力做功，機(jī)械能守恒。以點(diǎn)為零勢(shì)能面，在 A 點(diǎn)為初狀態(tài)， 機(jī)械能為mgh(h=l-lcos),在 O 點(diǎn)為末狀態(tài)， 機(jī)械能為

10、mv 2/2 。由機(jī)械能守恒定律得mgh= mv2/2h=l-lcos解得 v2gh2g(ll cos )并總結(jié)出機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用步驟。（ 1 ）確定研究對(duì)象，畫(huà)出過(guò)程示意圖；（ 2 ）分析物體的受力，明確各力做功的情況，判斷是否符合機(jī)械能守恒的條件；（ 3 ）分析物體的運(yùn)動(dòng)，恰當(dāng)?shù)剡x取參考平面，確定物體初、末狀態(tài)的機(jī)械能（勢(shì)能和動(dòng)能）；（ 4 ）根據(jù)機(jī)械能守恒定律列方程求解。五、當(dāng)堂檢測(cè)1、下列情境中的物體，機(jī)械能守恒的是A. 起重機(jī)吊著物體勻速上升B. 物體從光滑斜面底端以一定初速沿斜面向上滑行C. 豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，其機(jī)械能守恒D. 靜止在地面上的物體E. 飛船在橢圓軌道上繞地球運(yùn)行的階段BE:ABE 受力分析； C 直接看動(dòng)能和勢(shì)能的和；D 轉(zhuǎn)化過(guò)程中才有守恒，沒(méi)有轉(zhuǎn)化，不叫守恒。2、如圖所示，桌面高為 A，質(zhì)量為 m的小球從離桌面高為 H處自由落下，不計(jì)空氣阻力，假設(shè)桌面處的重力勢(shì)能為零，則小球落到地面前瞬間的機(jī)械能為 A.mghB.mgHC.mg(H+h) D.mg(H h)B六、總結(jié)本節(jié)課有哪些收獲？什