2024-2025學(xué)年新教材高中物理第1章功和機(jī)械能第5節(jié)科學(xué)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律教案魯科版必修第二冊(cè)

PAGE1-第5節(jié)科學(xué)驗(yàn)證：機(jī)械能守恒定律守恒的思想是物理學(xué)中常見的思想，機(jī)械能守恒定律是能量守恒定律的特例，而能量守恒定律是自然界最重要的規(guī)律之一。機(jī)械能守恒定律是對(duì)功能關(guān)系的進(jìn)一步相識(shí)，是學(xué)生理解能量轉(zhuǎn)化與守恒的鋪墊，為今后學(xué)習(xí)動(dòng)量守恒、電荷守恒打下基礎(chǔ)?！疚锢碛^念】理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)涵，能用機(jī)械能守恒定律說明生產(chǎn)生活中的相關(guān)現(xiàn)象?！究茖W(xué)思維】能在熟識(shí)的問題情境中運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決問題時(shí)建構(gòu)物理模型，會(huì)分析機(jī)械能守恒的條件；能從機(jī)械能守恒的角度分析動(dòng)力學(xué)問題，通過推理，獲得結(jié)論?！究茖W(xué)探究】能完成“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”等物理試驗(yàn)；能提出試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的物理問題；能在他人的幫助下設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案、獲得數(shù)據(jù)；能分析數(shù)據(jù)、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律?！究茖W(xué)看法與責(zé)任】通過對(duì)機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證，能相識(shí)科學(xué)規(guī)律的建立須要試驗(yàn)證據(jù)的檢驗(yàn)；有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)和探討物理的愛好?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容，能推斷機(jī)械能是否守恒，并能列出機(jī)械能守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。理解驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)原理、試驗(yàn)方案，并能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和誤差分析?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】機(jī)械能守恒的條件，科學(xué)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的設(shè)計(jì)思路，數(shù)據(jù)處理和誤差分析，以及機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用。【導(dǎo)入新課】演示試驗(yàn)：碰鼻子試驗(yàn)問題：為什么小球好象記著自已的位置不會(huì)遇到鼻尖？【新課講授】一、機(jī)械能(1)物體沿光滑斜面下滑時(shí)重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。(2)運(yùn)動(dòng)員撐桿跳的過程中動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢能。(3)反彈后的小球在上升過程中彈性勢能轉(zhuǎn)化為重力勢能、動(dòng)能。以上可知：動(dòng)能和勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化。機(jī)械能定義：物體具有的動(dòng)能和勢能之和。思索：動(dòng)能與勢能的相互轉(zhuǎn)化存在何種定量關(guān)系？二、機(jī)械能守恒定律1.情景一：只受重力作用做自由落體運(yùn)動(dòng)的小球依據(jù)動(dòng)能定理依據(jù)重力做功由兩式可得移項(xiàng)后得思索：兩個(gè)式子的含義？小結(jié)：物體只受重力作用，動(dòng)能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。2.情景二：除重力之外還受其他力，但只有重力做功小球沿光滑曲面下滑分析：下滑過程中支持力做功？“0”重力勢能改變？動(dòng)能改變？兩式整理后得小結(jié)：物體只受重力作用，動(dòng)能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。3.思索：除重力之外，有其他力做功時(shí)，機(jī)械能會(huì)守恒嗎？小球在下落過程中的空氣阻力不行忽視依據(jù)動(dòng)能定理W總=WG+Wf又因?yàn)閃總=EK2-EK1；WG=EP1-EP2可得EK2+EP2=EK1+EP1+WfE2=E1+Wf（Wf<0）小結(jié)：除重力外還有其它力做功時(shí)，機(jī)械能不守恒4.情景三：只有彈力做功在光滑水平面上反彈回來的小球依據(jù)動(dòng)能定理WF=EK2-EK1依據(jù)彈力做功WF=EP1-EP2所以EP1+EK1=EP2+EK2即小結(jié)：物體只受彈力作用，動(dòng)能和彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。（總結(jié)以上四個(gè)情景，得出機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容）5.內(nèi)容：在只有重力或彈力這類力做功的狀況下，物體系統(tǒng)內(nèi)的動(dòng)能與勢能相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能的總量保持不變。6.表達(dá)式：①E1=E2(Ek1+Ep1=Ek2+Ep2),即初狀態(tài)的機(jī)械能等于末狀態(tài)的機(jī)械能。②ΔEk=-ΔEp,即動(dòng)能(或勢能)的增加量等于勢能(或動(dòng)能)的削減量。③ΔEA=-ΔEB,即A物體機(jī)械能的增加量等于B物體機(jī)械能的削減量。7.機(jī)械能守恒條件：（1）從做功角度看：只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功。①物體只受重力或彈簧彈力，不受其他力。②物體受到重力和彈簧彈力，還受到其他力，但其他力不做功，或其他力做的總功為零。（2）從能量轉(zhuǎn)化角度看：只有系統(tǒng)內(nèi)動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，無其他形式能量的轉(zhuǎn)化?！緦W(xué)以致用】下列實(shí)例中哪些狀況機(jī)械能是守恒的?三、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律試驗(yàn)?zāi)康模海?）驗(yàn)證機(jī)械能守恒；（2）進(jìn)一步熟識(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的運(yùn)用思索：（1）本試驗(yàn)采納什么方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒的？用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒（2）試驗(yàn)原理是什么？讓帶有紙帶的重物自由下落，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄重物下落過程中運(yùn)動(dòng)狀況。選取紙帶上的某點(diǎn)作為高度的起點(diǎn)，量出紙帶上其他點(diǎn)相對(duì)該點(diǎn)的距離作為高度。再計(jì)算重物經(jīng)過這些點(diǎn)的速度，算出動(dòng)能。最終比較重力勢能的減小量與動(dòng)能的增加量，驗(yàn)證機(jī)械能守恒。試驗(yàn)原理：測定第n點(diǎn)的即時(shí)速度的方法是：測出第n點(diǎn)的相鄰的前、后兩段相等時(shí)間T內(nèi)下落的距離由平均速度公式算出。試驗(yàn)器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、重物、天平、刻度尺、鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、學(xué)生電源等。試驗(yàn)步驟：（1）運(yùn)用天平秤出重物質(zhì)量（2）紙帶一段吊重物，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。手提紙帶，使重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并靜止。接通電源，松開紙帶，讓重物自由落下。（3）取下紙帶，并選其中一個(gè)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，設(shè)打該點(diǎn)時(shí)重物的重力勢能為0，計(jì)算打改點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能，它就是重物下落過程中的動(dòng)能與重力勢能的總和。（4）分別計(jì)算紙帶上其他各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物體的重力勢能和動(dòng)能之和。留意事項(xiàng)：（1）試驗(yàn)中打點(diǎn)記時(shí)器的安裝，兩紙帶限位孔必需在同一豎直線上，以削減摩擦力。（2）試驗(yàn)時(shí)，必需先接通電源，讓打點(diǎn)記時(shí)器工作正常后才松開紙帶讓重錘下落。（3）打點(diǎn)記時(shí)器必需接50Hz溝通低壓電源。（4）為了減小重物在下降過程中空氣阻力的影響，應(yīng)選擇質(zhì)量大、體積小的重物。數(shù)據(jù)處理：起點(diǎn)機(jī)械能E=？測量點(diǎn)n123456高度hn/m速度vn/m/s勢能EP/J動(dòng)能EK/J試驗(yàn)結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)，自由下落的物體機(jī)械能守恒。思索：若試驗(yàn)中，不測物體質(zhì)量，還能驗(yàn)證機(jī)械能守恒么？四、機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用【例題一】蕩秋千是一種常見的消遣休閑活動(dòng)，若秋千繩的長度l=2m,蕩到最高點(diǎn)時(shí)秋千繩與堅(jiān)直方向的夾角θ=60°。取重力加速度g=9.8m/s2,求蕩到最低點(diǎn)時(shí)秋千的速度大小。(忽視阻力及秋千繩的質(zhì)量,且人在秋千上的姿態(tài)可視為不變）探討：（1）以誰為探討對(duì)象，探討的是哪個(gè)過程（2）探討過程中，機(jī)械能是否守恒？（3）選取哪個(gè)平面為參考平面，初末狀態(tài)的機(jī)械能分別為多少？（4）依據(jù)機(jī)械能守恒定律列方程總結(jié)解題步驟：(1)確定探討對(duì)象和探討過程(2)分析探討對(duì)象在運(yùn)動(dòng)過程中的受力狀況弄清各力做功的狀況，推斷機(jī)械能是否守恒(3)恰當(dāng)選取零勢能面，并確定探討對(duì)象在探討過程的始、末狀態(tài)的機(jī)械能。(4)依據(jù)機(jī)械能守恒定律列出方程，進(jìn)行求解?！纠}二】質(zhì)量分別為3kg和5kg的物體A、B，用輕繩連接跨