更新時間:2023-08-21 20:03:11作者:佚名
共1課時
8.機械能守恒定理中學(xué)數(shù)學(xué)人教2003課標(biāo)版
1教學(xué)目標(biāo)2學(xué)情剖析3重點難點4教學(xué)過程4.1第一學(xué)時教學(xué)活動活動1【導(dǎo)入】導(dǎo)入新課
電影導(dǎo)出
講義展示翻滾過山車的精采片段,迸發(fā)中學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,引出本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容.
在師生觀看過山車的同時,班主任告誡師生剖析過山車在運行過程中動能和勢能的變化狀況.
游戲?qū)С?/p>
班主任運用事先打算好的演示器材,請兩個朋友配合,指導(dǎo)她們完成一個小游戲,讓老師們認(rèn)真觀察并探討游戲底下的科學(xué)道理.
器材:細線、小鋼球、鐵架臺.
演示過程:將小鋼球機固定在細線的一端,細線的另一端系在木架臺上,使小球與細線產(chǎn)生一個擺.讓一個朋友緊靠鋼架臺,頭稍低,另一朋友把小球由該老師的眼睛處釋放,小球晃動過程中能夠見到該老師的眼睛,告誡留意安全,并探討底下的科學(xué)道理.如左右圖.
試驗導(dǎo)出
如右上圖所示,懸掛單擺的鋼架臺上降低一個橫桿P和一把水平放置的卷尺AB,試驗時①調(diào)整橫桿P的高度,觀察小球晃動的狀況;②調(diào)整水平直尺的高度使小球從不同位置晃動,觀察小球晃動的狀況.將各次試驗現(xiàn)象進行概括,探討此類現(xiàn)象說明哪些問題.也可以將單擺懸掛在小黑板上,之后在小黑板上畫上若干條水平橫線,手持短尺取代橫桿.
活動2【講授】推進新課
一、動能與勢能的互相轉(zhuǎn)換
后面我們學(xué)習(xí)了動能、勢能和機械能的知識.在中學(xué)學(xué)習(xí)時我們就了解到,在一定條件下,質(zhì)點的動能與勢能(包括重力勢能和彈性勢能)可以互相轉(zhuǎn)換,動能與勢能互相轉(zhuǎn)換的實例在生活中十分多,請老師們列舉生活中的實例來說明動能與勢能的互相轉(zhuǎn)換.
參考:1.從樹上掉下的小米(勢能向動能轉(zhuǎn)換);
2.單車猛蹬幾下自由沖上山坡(動能向勢能轉(zhuǎn)換);
3.拉弓馬術(shù)(勢能向動能轉(zhuǎn)換)
4.運動會上撐竿跳遠運動員在跳起的過程中(人的動能轉(zhuǎn)換為桿的彈性勢能,后桿的彈性勢能轉(zhuǎn)換為人的重力勢能).
……
試驗演示:依次演示麥克斯韋滾擺、單擺和彈簧振子,告誡師生留意觀察質(zhì)點運動中動能、勢能的變化狀況,即轉(zhuǎn)換過程中地理量的詳細變化.
通過觀察演示試驗,師生回答質(zhì)點運動中動能、勢能變化狀況.
班主任總結(jié):質(zhì)點運動過程中,隨著動能的減小,質(zhì)點的勢能減少;反之,隨著動能的減少,質(zhì)點的勢能減小.
師生通過例子體驗、實驗演示,著力感遭到機械能的兩種方式(動能與勢能)之間可以互相轉(zhuǎn)換.并且,轉(zhuǎn)換過程中有力做功.
重力做功:動能←→重力勢能
彈力做功:動能←→彈性勢能.
活動3【活動】機械能守恒定理
問題:動能和勢能的互相轉(zhuǎn)換是否存在某些定量的關(guān)系呢?上述各運動過程中,質(zhì)點的機械能是否變化呢?
引導(dǎo)師生通過詳細的例子進行理論推論剖析.先考慮只有重力對質(zhì)點做功的理想狀況.
情景設(shè)置:品質(zhì)為m的質(zhì)點自由下落過程中,經(jīng)過高度h1處速率為v1,下落至高度h2處速率為v2,不計空氣阻力,剖析由h1下落到h2過程中機械能的變化(引導(dǎo)師生探討剖析).
剖析:按照動能定律,有:=WG
下落過程中重力對質(zhì)點做功,重力做功在數(shù)值上等于質(zhì)點重力勢能的變化量.取地面為參考平面,有WG=mgh1-mgh2
由以上兩式可以得到=mgh1-mgh2

移項得+mgh2=g+mgh1
引導(dǎo)師生剖析討論里面式子的地理意義:等號的右側(cè)表示末態(tài)的機械能,等號的兩側(cè)表示初態(tài)的機械能,式子闡明初態(tài)跟末態(tài)的機械能相等.即在小球下落的過程中,重力勢能減少,動能降低,降低的重力勢能轉(zhuǎn)換為動能.
問題:此式子具備普遍意義嗎?還是僅在只受重力的自由落體運動中創(chuàng)辦?引導(dǎo)師生自己推論豎直上拋、平拋的過程是否設(shè)立.
引導(dǎo)師生關(guān)注在上述過程中質(zhì)點的受力狀況.可以證明,在只有重力做功的狀況下,質(zhì)點動能和勢能可以互相轉(zhuǎn)換,而機械能數(shù)量保持不變.
活動4【講授】思維拓展
在只有彈力做功的牨機制統(tǒng)內(nèi)呢?
教案展示:展示彈簧振子(因為彈簧振子概念師生還沒有接觸,班主任可以不提彈簧振子的概念)的運動狀況,剖析地理過程.
班主任設(shè)疑:在只有重力做功的狀況下,機械能是守恒的;同樣作為機械能組成部份的勢能,是否在只有彈力做功的狀況下,機械能也能守恒呢?
師生在推論過程中或許會存在一定的困難,班主任適當(dāng)加以輔助推論.對彈簧與小球的運動過程簡略剖析,得到動能與勢能的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并明晰:在只有彈力對質(zhì)點做功時質(zhì)點的機械能守恒.
通過前面只有重力做功與只有彈力做功兩個部份的推論,學(xué)生小結(jié)機械能守恒定理的內(nèi)容:
在只有重力或彈力做功的質(zhì)點系統(tǒng)內(nèi),動能與勢能可以互相轉(zhuǎn)換,而總的機械能保持不變.
式子:Ek2+Ep2=Ep1+Ek1
班主任引導(dǎo)學(xué)生理解式子中各量的數(shù)學(xué)意義,并回顧機械能守恒定理推論過程,加深認(rèn)識.
活動5【講授】機械能守恒定理的條件
通過以上內(nèi)容的學(xué)習(xí),我們理解了機械能守恒定理的式子,但真正應(yīng)用到解題過程還是有限制的.
大屏幕投影機械能守恒定理的內(nèi)容,并用不同色調(diào)展示“在只有重力或彈力做功的質(zhì)點系統(tǒng)內(nèi)”,突出指出守恒的受力前提.引導(dǎo)師生自己小結(jié)守恒的條件.
有的中學(xué)生覺得守恒條件應(yīng)當(dāng)是只受重力或彈力;
有的中學(xué)生覺得守恒條件應(yīng)當(dāng)是只有重力或彈力做功.
在肯定兩位師生認(rèn)真探討的基礎(chǔ)上,班主任指責(zé)兩位師生的意見,迸發(fā)它們探討的積極性:兩位老師說的有哪些不同嗎?
師生討論:只有重力或彈力做功,還包含那樣的意思:或許還受其他力,但其他力不做功.
思維追蹤:機械能守恒定理的條件應(yīng)當(dāng)如何敘述呢?例子說明.
師生小結(jié):機械能守恒定理的條件可以敘述為:
1.只受重力(彈力),不受其他力.如自由落體的質(zhì)點.
2.除重力(彈力)以外也有其他力,但其他力都不做功.如做單擺運動的質(zhì)點.
活動6【練習(xí)】例題
習(xí)題在距離地面20m高處,以15m/s的初速率水平拋出一小球,不計空氣阻力,取g=10m/s2,求小球落地速率大小.
引導(dǎo)師生探討剖析,提出問題:
1.旁邊學(xué)習(xí)過應(yīng)用運動合成與分解的方式處理平拋運動,目前能夠應(yīng)用機械能守恒定理解決這類問題?
2.小球拋出后至落地之前的運動過程中,是否滿足機械能守恒的條件?怎么應(yīng)用機械能守恒定理解決問題?
3.歸納師生剖析的結(jié)果,明晰:小球下落過程中,只有重力對小球做功,滿足機械能守恒條件,可以用機械能守恒定理求解;應(yīng)用機械能守恒定理時,應(yīng)明晰所選用的運動過程,明晰初、末狀態(tài)小球所具備的機械能.
取地面為參考平面,拋出時小球具備的重力勢能Ep1=mgh,動能為Ek1=mv02.落地時,小球的重力勢能Ep2=0,動能為Ek2=mv2.
依據(jù)機械能守恒定理,有E1=E2,即mgh+=mv2

落地時小球的速率大小為v=m/s=25m/s.
活動7【測試】課堂訓(xùn)練
1.如圖所示,下述四個選項的圖中,石塊均在固定的斜面上運動,其中圖A、B、C中的斜面是光滑的,圖D中的斜面是粗糙的,圖A、B中的F為石塊所受的外力,方向如圖中箭頭所示,圖A、B、D中的石塊向上運動,圖C中的石塊向下運動.在這四個圖所示的運動過程中機械能守恒的是()
2.長為L的均勻鏈條置于光滑的水平桌面上,且使其寬度的1/4垂在桌邊,如圖所示.松手后鏈條從靜止開始沿桌邊下降,則鏈條滑至剛才離開桌邊時的速率大小為多大?
參考答案
1.解讀:機械能守恒的條件是:質(zhì)點只受重力或彈力的作用,或則還受其他力作用,但其他力不做功,這么在動能和勢能的互相轉(zhuǎn)換過程中,質(zhì)點的機械能守恒?.根據(jù)此條件剖析,A、B、D三項均錯.?
答案:C
2.解讀:鏈條下降時,因桌面光滑,沒有磨擦力做功.整根鏈條總的機械能守恒,可用機械能守恒定理求解.設(shè)整根鏈條品質(zhì)為m,則單位寬度品質(zhì)(品質(zhì)線密度)為m/L.
設(shè)桌面重力勢能為零,由機械能守恒定理得
解得v=.
點撥:求解這類題目時,一是留意零勢點的選用,應(yīng)盡或許使式子簡化,該題如選鏈條全部滑下時的最高點為零勢能點,則初始勢能就比較麻煩.二是靈活選用各部份的重心,該題開始時的勢能應(yīng)取兩部份(桌面上和桌面下)勢能總和,整根鏈條的總重心便不好確定,最后正好滑出桌面時的勢能就沒有必要再分,可對整根鏈條求出重力勢能.
活動8【講授】課堂總結(jié)
1.在只有重力或彈力做功的質(zhì)點系統(tǒng)內(nèi),質(zhì)點的機械能數(shù)量不變.
2.應(yīng)用機械能守恒定理的解題方法
(1)確定研究對象;
(2)對研究對象進行正確的受力剖析;
(3)分辨各個力是否做功,并剖析是否符合機械能守恒的條件;
(4)視解題便于選用零勢能參考平面,并確定研究對象在始、末狀態(tài)時的機械能;
(5)依據(jù)機械能守恒定理列舉多項式,或再輔之以其他多項式,進行求解.
活動9【作業(yè)】布置作業(yè)
1.用書“問題與練習(xí)”第1、3、4題.
2.觀察記錄生活中其他的化學(xué)情境,判定其是否符合機械能守恒定理.
活動10【講授】板書設(shè)計
一、動能與勢能的互相轉(zhuǎn)換
重力做功:動能←→重力勢能
彈力做功:動能←→彈性勢能
二、機械能守恒定理
在只有重力或彈力做功的質(zhì)點系統(tǒng)內(nèi),動能和勢能可以互相轉(zhuǎn)換,而總的機械能保持不變.
三、機械能守恒定理的條件
1.只受重力(彈力),不受其他力.如自由落體的質(zhì)點.
2.除重力(彈力)以外也有其他力,但其他力都不做功.如做單擺運動的質(zhì)點.
8.機械能守恒定理

課時設(shè)計課堂實錄
8.機械能守恒定理
1第一學(xué)時教學(xué)活動活動1【導(dǎo)入】導(dǎo)入新課
電影導(dǎo)出
講義展示翻滾過山車的精采片段,迸發(fā)中學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,引出本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容.
在師生觀看過山車的同時,班主任告誡師生剖析過山車在運行過程中動能和勢能的變化狀況.
游戲?qū)С?/p>
班主任運用事先打算好的演示器材,請兩個朋友配合,指導(dǎo)她們完成一個小游戲,讓老師們認(rèn)真觀察并探討游戲底下的科學(xué)道理.
器材:細線、小鋼球、鐵架臺.
演示過程:將小鋼球機固定在細線的一端,細線的另一端系在木架臺上,使小球與細線產(chǎn)生一個擺.讓一個朋友緊靠鋼架臺,頭稍低,另一朋友把小球由該老師的眼睛處釋放,小球晃動過程中能夠見到該老師的眼睛,告誡留意安全,并探討底下的科學(xué)道理.如左右圖.
試驗導(dǎo)出
如右上圖所示,懸掛單擺的鋼架臺上降低一個橫桿P和一把水平放置的卷尺AB,試驗時①調(diào)整橫桿P的高度,觀察小球晃動的狀況;②調(diào)整水平直尺的高度使小球從不同位置晃動,觀察小球晃動的狀況.將各次試驗現(xiàn)象進行概括機械能守恒的條件,探討此類現(xiàn)象說明哪些問題.也可以將單擺懸掛在小黑板上,之后在小黑板上畫上若干條水平橫線,手持短尺取代橫桿.
活動2【講授】推進新課
一、動能與勢能的互相轉(zhuǎn)換
后面我們學(xué)習(xí)了動能、勢能和機械能的知識.在中學(xué)學(xué)習(xí)時我們就了解到,在一定條件下,質(zhì)點的動能與勢能(包括重力勢能和彈性勢能)可以互相轉(zhuǎn)換,動能與勢能互相轉(zhuǎn)換的實例在生活中十分多,請老師們列舉生活中的實例來說明動能與勢能的互相轉(zhuǎn)換.
參考:1.從樹上掉下的小米(勢能向動能轉(zhuǎn)換);
2.單車猛蹬幾下自由沖上山坡(動能向勢能轉(zhuǎn)換);
3.拉弓馬術(shù)(勢能向動能轉(zhuǎn)換)
4.運動會上撐竿跳遠運動員在跳起的過程中(人的動能轉(zhuǎn)換為桿的彈性勢能,后桿的彈性勢能轉(zhuǎn)換為人的重力勢能).
……
試驗演示:依次演示麥克斯韋滾擺、單擺和彈簧振子,告誡師生留意觀察質(zhì)點運動中動能、勢能的變化狀況,即轉(zhuǎn)換過程中地理量的詳細變化.
通過觀察演示試驗,師生回答質(zhì)點運動中動能、勢能變化狀況.
班主任總結(jié):質(zhì)點運動過程中,隨著動能的減小,質(zhì)點的勢能減少;反之,隨著動能的減少,質(zhì)點的勢能減小.
師生通過例子體驗、實驗演示,著力感遭到機械能的兩種方式(動能與勢能)之間可以互相轉(zhuǎn)換.并且,轉(zhuǎn)換過程中有力做功.
重力做功:動能←→重力勢能
彈力做功:動能←→彈性勢能.
活動3【活動】機械能守恒定理
問題:動能和勢能的互相轉(zhuǎn)換是否存在某些定量的關(guān)系呢?上述各運動過程中,質(zhì)點的機械能是否變化呢?
引導(dǎo)師生通過詳細的例子進行理論推論剖析.先考慮只有重力對質(zhì)點做功的理想狀況.
情景設(shè)置:品質(zhì)為m的質(zhì)點自由下落過程中,經(jīng)過高度h1處速率為v1,下落至高度h2處速率為v2,不計空氣阻力,剖析由h1下落到h2過程中機械能的變化(引導(dǎo)師生探討剖析).
剖析:按照動能定律,有:=WG
下落過程中重力對質(zhì)點做功,重力做功在數(shù)值上等于質(zhì)點重力勢能的變化量.取地面為參考平面,有WG=mgh1-mgh2

由以上兩式可以得到=mgh1-mgh2
移項得+mgh2=g+mgh1
引導(dǎo)師生剖析討論里面式子的地理意義:等號的右側(cè)表示末態(tài)的機械能,等號的兩側(cè)表示初態(tài)的機械能,式子闡明初態(tài)跟末態(tài)的機械能相等.即在小球下落的過程中,重力勢能減少,動能降低,降低的重力勢能轉(zhuǎn)換為動能.
問題:此式子具備普遍意義嗎?還是僅在只受重力的自由落體運動中創(chuàng)辦?引導(dǎo)師生自己推論豎直上拋、平拋的過程是否設(shè)立.
引導(dǎo)師生關(guān)注在上述過程中質(zhì)點的受力狀況.可以證明,在只有重力做功的狀況下,質(zhì)點動能和勢能可以互相轉(zhuǎn)換,而機械能數(shù)量保持不變.
活動4【講授】思維拓展
在只有彈力做功的牨機制統(tǒng)內(nèi)呢?
教案展示:展示彈簧振子(因為彈簧振子概念師生還沒有接觸,班主任可以不提彈簧振子的概念)的運動狀況,剖析地理過程.
班主任設(shè)疑:在只有重力做功的狀況下,機械能是守恒的;同樣作為機械能組成部份的勢能,是否在只有彈力做功的狀況下,機械能也能守恒呢?
師生在推論過程中或許會存在一定的困難,班主任適當(dāng)加以輔助推論.對彈簧與小球的運動過程簡略剖析,得到動能與勢能的轉(zhuǎn)換關(guān)系,并明晰:在只有彈力對質(zhì)點做功時質(zhì)點的機械能守恒.
通過前面只有重力做功與只有彈力做功兩個部份的推論,學(xué)生小結(jié)機械能守恒定理的內(nèi)容:
在只有重力或彈力做功的質(zhì)點系統(tǒng)內(nèi),動能與勢能可以互相轉(zhuǎn)換,而總的機械能保持不變.
式子:Ek2+Ep2=Ep1+Ek1
班主任引導(dǎo)學(xué)生理解式子中各量的數(shù)學(xué)意義,并回顧機械能守恒定理推論過程,加深認(rèn)識.
活動5【講授】機械能守恒定理的條件
通過以上內(nèi)容的學(xué)習(xí),我們理解了機械能守恒定理的式子,但真正應(yīng)用到解題過程還是有限制的.
大屏幕投影機械能守恒定理的內(nèi)容,并用不同色調(diào)展示“在只有重力或彈力做功的質(zhì)點系統(tǒng)內(nèi)”,突出指出守恒的受力前提.引導(dǎo)師生自己小結(jié)守恒的條件.
有的中學(xué)生覺得守恒條件應(yīng)當(dāng)是只受重力或彈力;
有的中學(xué)生覺得守恒條件應(yīng)當(dāng)是只有重力或彈力做功.
在肯定兩位師生認(rèn)真探討的基礎(chǔ)上,班主任指責(zé)兩位師生的意見,迸發(fā)它們探討的積極性:兩位老師說的有哪些不同嗎?
師生討論:只有重力或彈力做功,還包含那樣的意思:或許還受其他力,但其他力不做功.
思維追蹤:機械能守恒定理的條件應(yīng)當(dāng)如何敘述呢?例子說明.
師生小結(jié):機械能守恒定理的條件可以敘述為:
1.只受重力(彈力),不受其他力.如自由落體的質(zhì)點.
2.除重力(彈力)以外也有其他力,但其他力都不做功.如做單擺運動的質(zhì)點.
活動6【練習(xí)】例題
習(xí)題在距離地面20m高處,以15m/s的初速率水平拋出一小球,不計空氣阻力,取g=10m/s2,求小球落地速率大小.
引導(dǎo)師生探討剖析,提出問題:
1.旁邊學(xué)習(xí)過應(yīng)用運動合成與分解的方式處理平拋運動,目前能夠應(yīng)用機械能守恒定理解決這類問題?
2.小球拋出后至落地之前的運動過程中,是否滿足機械能守恒的條件?怎么應(yīng)用機械能守恒定理解決問題?
3.歸納師生剖析的結(jié)果,明晰:小球下落過程中,只有重力對小球做功,滿足機械能守恒條件,可以用機械能守恒定理求解;應(yīng)用機械能守恒定理時,應(yīng)明晰所選用的運動過程,明晰初、末狀態(tài)小球所具備的機械能.
取地面為參考平面,拋出時小球具備的重力勢能Ep1=mgh,動能為Ek1=mv02.落地時,小球的重力勢能Ep2=0,動能為Ek2=mv2.

依據(jù)機械能守恒定理,有E1=E2,即mgh+=mv2
落地時小球的速率大小為v=m/s=25m/s.
活動7【測試】課堂訓(xùn)練
1.如圖所示,下述四個選項的圖中,石塊均在固定的斜面上運動,其中圖A、B、C中的斜面是光滑的,圖D中的斜面是粗糙的,圖A、B中的F為石塊所受的外力,方向如圖中箭頭所示,圖A、B、D中的石塊向上運動,圖C中的石塊向下運動.在這四個圖所示的運動過程中機械能守恒的是()
2.長為L的均勻鏈條置于光滑的水平桌面上,且使其寬度的1/4垂在桌邊,如圖所示.松手后鏈條從靜止開始沿桌邊下降,則鏈條滑至剛才離開桌邊時的速率大小為多大?
參考答案
1.解讀:機械能守恒的條件是:質(zhì)點只受重力或彈力的作用,或則還受其他力作用,但其他力不做功,這么在動能和勢能的互相轉(zhuǎn)換過程中,質(zhì)點的機械能守恒?.根據(jù)此條件剖析,A、B、D三項均錯.?
答案:C
2.解讀:鏈條下降時,因桌面光滑,沒有磨擦力做功.整根鏈條總的機械能守恒,可用機械能守恒定理求解.設(shè)整根鏈條品質(zhì)為m,則單位寬度品質(zhì)(品質(zhì)線密度)為m/L.
設(shè)桌面重力勢能為零,由機械能守恒定理得
解得v=.
點撥:求解這類題目時,一是留意零勢點的選用,應(yīng)盡或許使式子簡化,該題如選鏈條全部滑下時的最高點為零勢能點,則初始勢能就比較麻煩.二是靈活選用各部份的重心,該題開始時的勢能應(yīng)取兩部份(桌面上和桌面下)勢能總和機械能守恒的條件,整根鏈條的總重心便不好確定,最后正好滑出桌面時的勢能就沒有必要再分,可對整根鏈條求出重力勢能.
活動8【講授】課堂總結(jié)
1.在只有重力或彈力做功的質(zhì)點系統(tǒng)內(nèi),質(zhì)點的機械能數(shù)量不變.
2.應(yīng)用機械能守恒定理的解題方法
(1)確定研究對象;
(2)對研究對象進行正確的受力剖析;
(3)分辨各個力是否做功,并剖析是否符合機械能守恒的條件;
(4)視解題便于選用零勢能參考平面,并確定研究對象在始、末狀態(tài)時的機械能;
(5)依據(jù)機械能守恒定理列舉多項式,或再輔之以其他多項式,進行求解.
活動9【作業(yè)】布置作業(yè)
1.用書“問題與練習(xí)”第1、3、4題.
2.觀察記錄生活中其他的化學(xué)情境,判定其是否符合機械能守恒定理.
活動10【講授】板書設(shè)計
一、動能與勢能的互相轉(zhuǎn)換
重力做功:動能←→重力勢能
彈力做功:動能←→彈性勢能
二、機械能守恒定理
在只有重力或彈力做功的質(zhì)點系統(tǒng)內(nèi),動能和勢能可以互相轉(zhuǎn)換,而總的機械能保持不變.
三、機械能守恒定理的條件
1.只受重力(彈力),不受其他力.如自由落體的質(zhì)點.
2.除重力(彈力)以外也有其他力,但其他力都不做功.如做單擺運動的質(zhì)點.
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