高中物理 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用教案3 新人教版必修

1、黑龍江省哈爾濱市木蘭高級(jí)中學(xué)高中物理 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用教案3 新人教版必修1教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1.知道應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的步驟2.明確應(yīng)用機(jī)械能守恒定律分析問(wèn)題的注意點(diǎn)3.理解用機(jī)械能守恒定律和動(dòng)能定理、動(dòng)量守恒定律綜合解題的方法二、能力目標(biāo)1.針對(duì)具體的物理現(xiàn)象和問(wèn)題，正確應(yīng)用機(jī)械能守恒定律2.掌握解決力學(xué)問(wèn)題的思維程序，學(xué)會(huì)解決力學(xué)綜合問(wèn)題的方法.三、德育目標(biāo)1.通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)認(rèn)真仔細(xì)有序的分析習(xí)慣.2.具體問(wèn)題具體分析，提高思維的客觀性和準(zhǔn)確性教學(xué)重點(diǎn) 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)判斷被研究對(duì)象在經(jīng)歷的研究過(guò)程中機(jī)械能是否守恒，在應(yīng)用時(shí)要找準(zhǔn)始末狀態(tài)的機(jī)械能教學(xué)方法 1

2、.自學(xué)討論，總結(jié)得到機(jī)械能守恒定律的解題方法和步驟；2.通過(guò)分析典型例題，掌握用機(jī)械能守恒定律、動(dòng)能定律、動(dòng)量守恒定律解決力學(xué)問(wèn)題.教學(xué)用具 自制的投影片、CAI課件教學(xué)過(guò)程出示本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.會(huì)用機(jī)械能守恒定律解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題2.知道應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的步驟以及用該定律解題的優(yōu)點(diǎn)3.會(huì)用機(jī)械能守恒定律以及與學(xué)過(guò)的動(dòng)量定理、動(dòng)能定理、動(dòng)量守恒定律等結(jié)合解決綜合問(wèn)題.學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過(guò)程： 一、導(dǎo)入新課1.用投影片出示復(fù)習(xí)思考題：機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容是什么?機(jī)械能守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)形式是什么?2.學(xué)生答：在只有重力做功的情形下，物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變；在只有

3、彈力做功的情形下，物體的動(dòng)能和彈性勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變.機(jī)械能守恒定律數(shù)學(xué)表達(dá)式有兩種：第一種：=即動(dòng)能的增加量等于重力勢(shì)能的減小量第二種：+=+即半初態(tài)的機(jī)械能等于初動(dòng)態(tài)的機(jī)械能.3.引入：本節(jié)課我們來(lái)學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用板書(shū)：機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用二、新課教學(xué)1.關(guān)于機(jī)械能守恒定律解題的方法和步驟：(1)學(xué)生閱讀本節(jié)課文的例1和例2(2)用多媒體出示思考題兩道例題中在解題方法上有哪些相同之處?例1中如果要用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解，該如何求解?你認(rèn)為兩種解法解例1，哪種方法簡(jiǎn)單?為什么?(3)學(xué)生閱讀結(jié)束后，解答上述思考題：學(xué)生答：課文上的兩道例題的解題方法上的相

4、同之處有：a:首先確定研究對(duì)象：例1中以下滑的物體作為研究對(duì)象；例2中以小球作為研究對(duì)象b:對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析：例1中的物體受到重力和斜面的支持力，例2中的小球受到重力和懸線的拉力c:判定各個(gè)力是否做功，并分析是否符合機(jī)械能守恒的條件：例1中的物體所受的支持力與物體的運(yùn)動(dòng)方向垂直，不做功，物體在下滑過(guò)程中只有重力做功，所以機(jī)械能守恒.例2中的小球所受的懸線的拉力始終垂直于小球的運(yùn)動(dòng)方向，不做功，小球在擺動(dòng)過(guò)程中 ，只有重力做功，所以小球的機(jī)械能守恒.d:選取零勢(shì)能面，寫(xiě)出初態(tài)和末態(tài)的機(jī)械能，列方程解答有關(guān)物理量(4)在實(shí)物投影儀上展示學(xué)生所做的用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解答例1的過(guò)程：解：

5、物體受重力mg和斜面對(duì)物體的支持力F支，將重力mg沿平行于斜面方向和垂直于斜面方向分解，得物體所受的合外力F合mgsin F合ma a=sin sin a=4.9 m/s2又vt m/s=4.4 m/s(5)把上述解題過(guò)程與課本上的解題過(guò)程類(lèi)比，得到應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題，可以只考慮運(yùn)動(dòng)的初狀態(tài)和末狀態(tài)，不必考慮兩個(gè)狀態(tài)之間的過(guò)程的細(xì)節(jié)，所以用機(jī)械能守恒定律解題，在思路和步驟上比較簡(jiǎn)單(6)總結(jié)并板書(shū)運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解題的方法和步驟明確研究對(duì)象；分析研究對(duì)象在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力情況以及各力做功的情況，判斷機(jī)械能是否守恒；確定運(yùn)動(dòng)的始末狀態(tài)，選取零勢(shì)能面，并確定研究對(duì)象在始、末狀態(tài)時(shí)的機(jī)械能；根

6、據(jù)機(jī)械能守恒定律列出方程，或再輔之以其他方程，進(jìn)行求解2.用機(jī)械能守恒定律求解實(shí)際問(wèn)題(1)用投影片出示問(wèn)題(一)：在課本例2中選擇B點(diǎn)所在的水平面作為參考平面，則小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)的速度多大?(2)學(xué)生解答(3)在實(shí)物投影儀上展示學(xué)生的解答過(guò)程：解：選擇B點(diǎn)所在的水平面作為參考平面時(shí)：小球在B點(diǎn)具有的重力勢(shì)能=0,動(dòng)能，機(jī)械能E1+=0擺球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)，重力勢(shì)能mghmgl（1cos）,動(dòng)能,機(jī)械能E2+mgl(1cos)由E2= E1=0，可得=mg(1cos)l3.得到的結(jié)果與例2結(jié)果相同，說(shuō)明了什么?學(xué)生答：說(shuō)明了用機(jī)械能守恒定律解題時(shí)，計(jì)算結(jié)果與參考平面的選擇無(wú)關(guān)4用投影片出示問(wèn)題(

7、二)物體的質(zhì)量為m，沿著光滑的軌道滑下軌道形狀如圖所示，與斜軌道相接的圓軌道半徑為R，要使物體沿光滑的圓軌道恰能通過(guò)最高點(diǎn)，物體應(yīng)從離軌道最低處多高的地方由靜止開(kāi)始滑下?出示分析思考題：a:你選什么做為研究對(duì)象?b:對(duì)選定的研究對(duì)象而言，對(duì)它做功的力有哪幾個(gè)? 符合物體機(jī)械能守恒的條件嗎?c:物體恰能通過(guò)圓軌道最高點(diǎn)的條件是什么?師生討論后分組得到：a:選物體作為研究對(duì)象b:物體在沿光滑的軌道滑動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中只有重力做功，故機(jī)械能守恒c:物體恰好能通過(guò)最高點(diǎn)的條件是mg學(xué)生書(shū)寫(xiě)解題過(guò)程，并在多媒體投影儀上展示解題過(guò)程：解：物體在沿光滑的軌道滑動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，只有重力做功，故機(jī)械能守恒，設(shè)物體應(yīng)

8、從離軌道最低點(diǎn)h高的地方開(kāi)始由靜止滑下，軌道的最低點(diǎn)處水平面為零勢(shì)能面，物體在運(yùn)動(dòng)到圓周軌道的最高點(diǎn)時(shí)的速度為v，則開(kāi)始時(shí)物體的機(jī)械能為mgh，運(yùn)動(dòng)到圓軌道最高點(diǎn)時(shí)機(jī)械能為2mgR+mv，據(jù)機(jī)械能守恒條件有：mgh=2mgR+mv2要使物體恰好通過(guò)圓軌道最高點(diǎn)，條件是mg=聯(lián)立上面兩式可求出： h=2R+5.用投影片出示問(wèn)題(三)問(wèn)題：如圖所示，帶有光滑的半徑為R的圓弧軌道的滑塊靜止在光滑的水平面上，此滑塊的質(zhì)量為M，一只質(zhì)量為m的小球由靜止從A放開(kāi)沿軌道下落，當(dāng)小球從滑塊B處水平飛出時(shí)，求下列兩種情況下小球飛出的速度A：滑塊固定不動(dòng)；B:滑塊可以在光滑的水平面上自由滑動(dòng)提出問(wèn)題：a:在本題的

9、兩問(wèn)中物體和滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)是否受到摩擦力的作用?b:兩問(wèn)中，小球的機(jī)械能是否守恒?為什么?c:如果不守恒，那么又該如何求解?學(xué)生分組討論抽查討論結(jié)果：學(xué)生甲：由于軌道和水平地面均光滑，所以小球和滑塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中均不受摩擦力的作用； 學(xué)生乙：在第一種情況下，小球要受到重力mg和滑塊對(duì)小球的彈力的作用，且只有小球的重力做功，故小球的機(jī)械能守恒.第二種情況下，小球下滑時(shí)，重力勢(shì)能減少，同時(shí)小球和滑塊的動(dòng)能都增加，所以小球的機(jī)械能不守恒對(duì)于第3個(gè)問(wèn)題，學(xué)生得不到正確的結(jié)果，教師可以進(jìn)行講解點(diǎn)撥：在第二種情況下，小球的重力勢(shì)能減小，同時(shí)小球和滑塊的動(dòng)能增加，據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒得到：小球重力勢(shì)能的減小等于小球和

10、滑塊動(dòng)能的增加 ，得到上述關(guān)系后，即可求解.用多媒體逐步展示解題過(guò)程解：a:當(dāng)滑塊固定不動(dòng)時(shí)，小球自滑塊上的A點(diǎn)開(kāi)始下滑的過(guò)程中，小球要受到重力mg和滑塊對(duì)小球的彈力的作用，而做功的只有小球的重力，故小球的機(jī)械能守恒，設(shè)小球從B飛出時(shí)的水平速度為v,以過(guò)B處的水平面為零勢(shì)能面，則小球在A、B兩處的機(jī)械能分別為mgR和據(jù)機(jī)械能守恒定律有：mgR可得到，.b:據(jù)機(jī)械能守恒定律可知：小球重力勢(shì)能的減少等于小球和滑塊動(dòng)能的增加，即mgR=+又因?yàn)樾∏蚝突瑝K構(gòu)成的系統(tǒng)在水平方向上合外力為零，故系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量也守恒，以小球飛出時(shí)速度v1的方向?yàn)檎较颍簱?jù)動(dòng)量守恒定律有：mv1Mv2解上面兩式得出：v

11、1 即：此時(shí)小球飛出的速度大小為師問(wèn)：同學(xué)們，本題中的第1問(wèn)還有其他求解方法嗎?學(xué)生充分討論后，抽查解答學(xué)生答：還可以用動(dòng)能定理求解：小球從A到B下滑的過(guò)程中，小球的重力做的功mgR也就是小球的合外力的功(軌道對(duì)小球的彈力不做功)，因而利用動(dòng)能定理也可以建立方程：mgR=，解出=.教師總結(jié)：能用機(jī)械能守恒定律解的題一般都能用動(dòng)能定理解決而且省去了確定是否守恒和選定零勢(shì)能面的麻煩，反過(guò)來(lái)，能用動(dòng)能定理來(lái)解決的題卻不一定都能用機(jī)械能守恒定律來(lái)解決，在這個(gè)意義上講，動(dòng)能定理比機(jī)械能守恒定律應(yīng)用更廣泛更普遍 三、鞏固練習(xí)1.如圖所示，桌面高度為h，質(zhì)量為m的小球從離桌面高H處自由落下，不計(jì)空氣阻力，假

12、設(shè)桌面處的重力勢(shì)能為零，小球落到地面前的瞬間的機(jī)械能應(yīng)為 A.mgh B.mgH C.mg(H+h) D.mg(H-h)2.一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的均勻繩索一部分放在光滑水平面上，長(zhǎng)為 L的另一部分自然垂在桌面下，如圖所示，開(kāi)始時(shí)繩索靜止，釋放后繩索將沿桌面滑下，求繩索剛滑離桌面時(shí)的速度大小參考答案：1. 四、小結(jié)通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道了：1.應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的基本步驟：根據(jù)題意，選取研究對(duì)象(物體或相互作用的物體系)；分析研究對(duì)象在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受各力的做功情況，判斷是否符合機(jī)械能守恒的條件；若符合定律成立的條件，先要選取合適的零勢(shì)能的參考平面，確定研究對(duì)象在運(yùn)動(dòng)過(guò)程的初、末狀態(tài)的機(jī)械能值；據(jù)機(jī)

13、械能守恒定律列方程，并代入數(shù)值求解2.在只有重力和彈力做功的條件下，可應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題，也可以用動(dòng)能定理解題，這兩者并不矛盾，前者往往不分析過(guò)程的細(xì)節(jié)而使解答過(guò)程顯得簡(jiǎn)捷，但后者的應(yīng)用更具普遍性 五、作業(yè)1.課本 P150 練習(xí)六2.思考題(1)物體在平衡力作用下運(yùn)動(dòng).機(jī)械能一定不變B.如果物體的勢(shì)能有變化，則機(jī)械能一定有變化C.如果物體的動(dòng)能不變，則勢(shì)能一定變化D.如果物體的勢(shì)能有變化，機(jī)械能不一定有變化(2)一個(gè)人站在高h(yuǎn)處，拋出一個(gè)質(zhì)量為m的物體，物體落地時(shí)的速度為v,人對(duì)物體做的功為Amgh B.mgh+mv2 C. D. (3)以10 m/s的速度將質(zhì)量是m的物體豎直向上拋出，若空氣阻力忽略，g=10 m/s2，則物體上升的最大高度是多少?上升到何處時(shí)重力勢(shì)能和動(dòng)能相等(4)如圖所示：小球A用不可伸長(zhǎng)的輕繩懸于O點(diǎn)，在O點(diǎn)的正下方有一固定的釘子B,OB=d,初始時(shí)小球A(與O同水平面)無(wú)初速釋放，繩長(zhǎng)為L(zhǎng)，為使球能繞B點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，試求d的取值范圍 (5)如圖所示，A、B是兩個(gè)質(zhì)量相同的物體，用輕繩跨過(guò)定滑輪相連，先用手托住B，此時(shí)A、B的高度差為h，使B無(wú)初速釋放，斜面傾角為，一切摩擦均不計(jì)，試求A、B運(yùn)動(dòng)到同一水平面上時(shí)速率是多少? (6)如圖所示，有一質(zhì)量為M的靜止小車(chē)，在光滑水平軌道上，小車(chē)的光滑水平面與光滑圓周導(dǎo)