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2019-2020年高中物理 《機械能守恒定律》練習教案新人教版 教學目標 知識與技能 1、知道什么是機械能，知道物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，知道能量的轉(zhuǎn)換必須通過做功實現(xiàn)； 2、會正確推導物體在光滑曲面上運動過程中的機械能守恒，理解機械能守恒定律的內(nèi)容、表達式、守恒的條件。 過程與方法 1、在具體的問題中會判定物體的機械能是否守恒； 2、初步學會從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點來解釋物理現(xiàn)象，分析問題。 情感、態(tài)度與價值觀 通過能量轉(zhuǎn)換與守恒的教學，培養(yǎng)學生學以致用的思想。 教學重點 理解機械能守恒定律的內(nèi)容、表達式、守恒的條件。 教學難點 物體機械能是否守恒的判定 教具準備 單擺,彈簧振子,滾擺 教學過程 一、課前導學 演示單擺和彈簧振子,分析能量轉(zhuǎn)化情況,引入新課。 二、質(zhì)疑討論 （一）動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化 1、自由落體運動的物體運動過程中能量的轉(zhuǎn)化情況是怎樣的? 2、演示單擺和彈簧振子,分析能量轉(zhuǎn)化情況。 小結(jié): (1)動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化, 轉(zhuǎn)化時必定有重力或彈簧的彈力做功； (2)在忽略阻力只有重力或彈簧的彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)總的機械能保持不變。 （二）機械能守恒定律 1、內(nèi)容: 2、表達式： 3、守恒的條件： 4、理解： （1）“守恒”的含義：指一個過程中某個量一直保持不變，而并非只是初、末兩狀態(tài)相同。 （2）我們可以分三個層次來表述機械能守恒定律： A、只有重力做功的情形。這時彈性勢能不改變?？杀硎緸椋? B、只有彈力做功的情形。這時重力勢能不改變?？杀硎緸椋? 其中Ek1和Ek2表示守恒過程中任意兩個狀態(tài)時的動能，EN1和EN2表示守恒過程中任意兩個狀態(tài)時的彈性勢能。 C、同時有重力和彈力做功、但其它力不做功的情形。可表示為： 重力、彈力以外的力做正功，機械能增加；重力、彈力以外的力做負功，機械能減少。 通常在不涉及時間和加速度的情況下，應(yīng)用機械能守恒定律解題較為簡便。 要注意：機械能守恒定律是針對系統(tǒng)而言的，即便我們平時說某個物體具有重力勢能，實際上是指由該物體和地球組成的系統(tǒng)所具有的重力勢能。 A L C O 三、反饋矯正 例1：分析下列情況下機械能是否守恒？ A、跳傘運動員從空中勻速下落過程 B、物體以8m/s2在空中下落過程 C、物體作平拋運動過程 D、物體在細線拉力作用下沿光滑斜面上滑過程 例2:把一個小球用細繩懸掛起來，就成為一個擺（如圖），擺長為l ,最大偏角為θ。小球運動到最低位置時的速度是多大？ 討論:1、最低點時繩的拉力； 2、利用機械能守恒定律解決問題的一般步驟． (1)選取研究對象——系統(tǒng)或物體． (2)根據(jù)研究對象所經(jīng)歷的物理過程．進行受力、做功分析，判斷機械能是否守恒． (3)恰當?shù)剡x取參考平面，確定研究對象在過程的初末狀態(tài)時的機械能． (4)根據(jù)機械能守恒定律列方程，進行求解． 例3: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，不計空氣阻力，假設(shè)桌面處的重力勢能為零，則小球落到地面前瞬間的機械能為 ( ) A、mgh B、mgH C、mg(H+h) D、mg(H—h) 四、鞏固遷移 課課練108頁1--6 7.8 機械能守恒定律（2） 主備人：黃步海 教學目標 知識與技能 1、進一步理解機械能守恒定律的內(nèi)容，表達式和適用條件； 2、在具體問題中，能判定機械能是否守恒，并能列出機械能守恒的方程式。 過程與方法 進一步利用機械能守恒定律來解題 情感、態(tài)度與價值觀 應(yīng)用機械能守恒定律解決具體問題 教學重點 在具體的問題中能判定機械能是否守恒，并能列出定律的數(shù)學表達式。 教學難點 機械能是否守恒的判斷，機械能守恒定律的應(yīng)用 教學過程 一、課前導學 1、機械能守恒定律的內(nèi)容 2、應(yīng)用機械能守恒定律解題的步驟 二、質(zhì)疑討論 1、機械能守恒的條件: 只有重力或彈簧的彈力做功 理解: (1) 系統(tǒng)只受重力,彈力 (2) 系統(tǒng)受重力,彈力外,還受其它力.但其它力都不做功 (3) 系統(tǒng)受重力,彈力外,還受其它力.但其它力做功代數(shù)和為零 2、機械能守恒定律的表達式: 三、反饋矯正 例1：長為L的均勻鏈條，放在光滑的水平桌面上，且使其長度的1/4垂在桌邊，如圖所示，松手后鏈條從靜止開始沿桌邊下滑，則鏈條滑至剛剛離開桌邊時的速度大小為多大？ 解析：鏈條下滑時，因桌面光滑，沒有摩擦力做功。整根鏈條總的機械能守恒，可用機械能守恒定律求解。設(shè)整根鏈條質(zhì)量為m，則單位長度質(zhì)量（質(zhì)量線密度）為：m／L 設(shè)桌面重力勢能為零，由機械能守恒定律得 點撥：求解這類題目時，一是注意零勢點的選取，應(yīng)盡可能使表達式簡化，該題如選鏈條全部滑下時的最低點為零勢能點，則初始勢能就比較麻煩。二是靈活選取各部分的重心，該題最開始時的勢能應(yīng)取兩部分（桌面上和桌面下）勢能總和，整根鏈條的總重心便不好確定，最后剛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。 例2：課課練113頁11題 例3：課課練114頁17題 四、鞏固遷移 1、課課練114頁15題16題 2、課課練111頁1--4題 7.8 《機械能守恒定律》習題 主備人:黃步海 教學目標 知識與技能 進一步理解機械能守恒定律的內(nèi)容、表達式、守恒的條件。 過程與方法 應(yīng)用機械能守恒定律解題 情感、態(tài)度與價值觀 通過能量轉(zhuǎn)換與守恒的教學，培養(yǎng)學生學以致用的思想。 教學重點 理解機械能守恒定律的內(nèi)容，表達式. 守恒的條件。 教學難點 物體機械能定律的應(yīng)用 教學過程 一、課前導學 復(fù)習機械能守恒定律及其條件 二、質(zhì)疑討論 1、在只有重力和彈簧的彈力做功的情況下，物體的動能和勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機械能的總量保持不變. 2、 對機械能守恒定律的理解： （1）系統(tǒng)在初狀態(tài)的總機械能等于末狀態(tài)的總機械能. 即 E1 = E2 或 1/2mv12 + mgh1= 1/2mv22 + mgh2 （2）物體（或系統(tǒng)）減少的勢能等于物體(或系統(tǒng))增加的動能，反之亦然。 即 -ΔEP = ΔEK （3）若系統(tǒng)內(nèi)只有A、B兩個物體，則A減少的機械能EA等于B增加的機械能ΔE B 即 -ΔEA = ΔEB 3、機械能守恒定律解題步驟 三、反饋矯正 例1質(zhì)量為m的小球從離心軌道上由靜止開始無摩擦滑下后進入豎直面內(nèi)的圓形軌道，圓形軌道的半徑為R，求：（1）要使小球能達到圓形軌道的最高點，h至少應(yīng)為多大？（2）當h=4R時，小球運動到圓環(huán)的最高點速度是多大？此時圓環(huán)對小球的壓力為多少？ 例2一根內(nèi)壁光滑的細圓管，形狀如下圖所示，放在豎直平面內(nèi)一個小球自A口的正上方高h處自由落下，第一次小球恰能 抵達B點；第二次落入A口后，自B口射出，恰能再進入 A口，則兩次小球下落的高度之比h1：h2= ______ 例3:如圖示，長為L 的輕質(zhì)硬棒的底端和中點各固定一個質(zhì)量為m的小球，為使輕質(zhì)硬棒能繞轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)到最高點，則底端小球在如圖示位置應(yīng)具有的最小速度v= 。 例4：如圖所示，一固定的楔形木塊，其斜面的傾角θ=30，另一邊與地面垂直，頂上有一定滑輪。一柔軟的細線跨過定滑輪，兩端分別與物塊A和B連結(jié)，A的質(zhì)量為4m，B的質(zhì)量為m，開始時將B按在地面上不動，然后放開手，讓A沿斜面下滑而B上升。物塊A與斜面間無摩擦。設(shè)當A沿斜面下滑S 距離后，細線突然斷了。求物塊B上升離地的最大高度H. 四、鞏固遷移 1、一個人站在陽臺上，以相同的速率v分別把三個球豎直向上拋出、豎直向下拋出、水平拋出，不計空氣阻力，則三球落地時的速率( ) A、上拋球最大 B、下拋球最大 C、平拋球最大 D、三球一樣大 2、如圖-1，小球自a點由靜止自由下落，到b點時與彈簧接觸，到c點時彈簧被壓縮到最短，若不計彈簧質(zhì)量和空氣阻力，在小球由a→b→c的運動過程中( ) A、物體從A下降到B的過程中，動能不斷變小 圖-1 B、物體從B上升到A的過程中，動能先增大后減小 C、物體由A下降到B的過程中，彈簧的彈性勢能不斷增大 D、物體由B上升到A的過程中，彈簧所減少的彈性勢能等于物體所增加的動能與增加的重力勢能之和 3、長為L質(zhì)量分布均勻的繩子，對稱地懸掛在輕小的定滑輪上，如圖所示.輕輕地推動一下，讓繩子滑下，那么當繩子離開滑輪的瞬間，繩子的速度為 . 4、將質(zhì)量為M和3M的兩小球A和B分別拴在一根細繩的兩端，繩長為L，開始時B球靜置于光滑的水平桌面上，A球剛好跨過桌邊且線已張緊，如圖所示．當A球下落時拉著B球沿桌面滑動，桌面的高為h，且h＜L．若A球著地后停止不動，求：（1）B球剛滑出桌面時的速度大?。?）B球和A球著地點之間的距離． 7.9實驗:驗證機械能守恒定律 主備人:黃步海 教學目標 知識與技能 1、會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度； 2、掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理。 過程與方法 通過用紙帶與打點計時器來驗證機械能守恒定律，體驗驗證過程和物理學的研究方法。 情感、態(tài)度與價值觀 通過實驗驗證，體會學習的快樂，激發(fā)學習的興趣；通過親身實踐，樹立“實踐是檢驗真理的唯一標準”的科學觀。培養(yǎng)學生的觀察和實踐能力，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度。 教學重點 掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理。 教學難點 驗證機械能守恒定律的誤差分析及如何減小實驗誤差的方法。 教學過程 一、課前導學 ⒈為進行驗證機械能守恒定律的實驗，有下列器材可供選用：鐵架臺，打點計時器，復(fù)寫紙，紙帶，秒表，低壓直流電源，導線，電鍵，天平。其中不必要的器材有： ；缺少的器材是 。 ⒉物體做自由落體運動時，只受 力作用，其機械能守恒，若物體自由下落H高度時速度為V，應(yīng)有MgH= ，故只要gH=1/2V2成立，即可驗證自由落體運動中物體的機械能守恒。 ⒊在打出的各紙帶中挑選出一條點跡 ，且第1、2兩打點間距離接近 的紙帶。 ⒋測定第N個點的瞬時速度的方法是：測出與N點相鄰的前、后兩段相等時間T內(nèi)下落的距離SN和SN+1，，有公式VN= 算出。 ⒌在驗證機械能守恒定律時，如果以v2／2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的圖線應(yīng)是 ，才能驗證機械能守恒定律，其斜率等于 的數(shù)值。 二、質(zhì)疑討論 1、推導出機械能守恒定律在本實驗中的具體表達式。 在圖1中，質(zhì)量為m的物體從O點自由下落，以地作零重力勢能面，下落過程中任意兩點A和B的機械能分別為： EA=， EB= 如果忽略空氣阻力，物體下落過程中的機械能守恒，于是有 EA=EB，即= 上式亦可寫成 該式左邊表示物體由A到B過程中動能的增加，右邊表示物體由A到B過程中重力勢能的減少。等式說明，物體重力勢能的減少等于動能的增加。為了方便，可以直接從開始下落的O點至任意一點（如圖1中A點）來進行研究，這時應(yīng)有：----本實驗要驗證的表達式，式中h是物體從O點下落至A點的高度，vA是物體在A點的瞬時速度。 圖2 0 1 2 3 4 s1 s2 s3 h1 h2 h3 h4 2、如何求出A點的瞬時速度vA？ 根據(jù)做勻加速運動的物體在某一段時間t內(nèi)的平均速度等于該時間中間時刻的瞬時速度可求出A點的瞬時速度vA。圖2是豎直紙帶由下而上實際打點后的情況。從O點開始依次取點1，2，3，……圖中s1，s2，s3，……分別為0～2點，1～3點，2～4點…… 各段間的距離。 根據(jù)公式，t=20.02 s（紙帶上任意兩個相鄰的點間所表示的時間都是0.02s），可求出各段的平均速度。這些平均速度就等于是1，2，3，……各點相對應(yīng)的瞬時速度v1，v2，v3，…….例如：量出0～2點間距離s1，則在這段時間里的平均速度，這就是點1處的瞬時速度v1。依次類推可求出點2，3，……處的瞬時速度v2，v3，……。 3、如何確定重物下落的高度？圖2中h1，h2，h3，……分別為紙帶從O點下落的高度。根據(jù)以上數(shù)值可以計算出任意點的重力勢能和動能，從而驗證機械能守恒定律。 學生活動：學生看書明確實驗的各項任務(wù)及實驗儀器。復(fù)習《用打點計時器測速度》的實驗，掌握用打點計時器測量勻變速直線運動速度的方法。 三、反饋矯正 1、在學生開始做實驗之前，應(yīng)強調(diào)如下幾個問題： （1）該實驗中選取被打點紙帶應(yīng)注意兩點：一是第一點O為計時起點，O點的速度應(yīng)為零。怎樣判別呢？ （2）是否需要測量重物的質(zhì)量？ （3）在架設(shè)打點計時器時應(yīng)注意什么？為什么？ （4）實驗時，接通電源和釋放紙帶的順序怎樣？為什么？ （5）測量下落高度時，某同學認為都必須從起始點算起，不能弄錯。他的看法正確嗎？為了減小測量 h值的相對誤差，選取的各個計數(shù)點要離起始點適當遠些好，還是近些好？ 參考： （1）因為打點計時器每隔0.02 s打點一次，在最初的0.02 s內(nèi)物體下落距離應(yīng)為0.002 m，所以應(yīng)從幾條紙帶中選擇第一、二兩點間距離接近兩年2 mm 的紙帶進行測量；二是在紙帶上所選的點就是連續(xù)相鄰的點，每相鄰兩點時間間隔 t =0.02 s. （2）因為不需要知道物體在某點動能和勢能的具體數(shù)值，所以不必測量物體的質(zhì)量 m，而只需驗證就行了。 （3）打點計時器要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)，以盡量減少重物帶著紙帶下落時所受到的阻力作用。 （4）必須先接通電源，讓打點計時器正常工作后才能松開紙帶讓重物下落。 （5）這個同學的看法是正確的。為了減小測量 h值的相對誤差，選取的各個計數(shù)點要離起始點適當遠些好。 2、學生進行分組實驗。 四、鞏固遷移 （1）為進行“驗證機械能守恒定律”的實驗，有下列器材可供選用：鐵架臺，打點計時器，復(fù)寫紙，紙帶，秒表，低壓直流電源，導線，電鍵，天平。其中不必要的器材有： ；缺少的器材是 。 （2）在驗證機械能守恒定律時，如果以v2／2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的圖線應(yīng)是 ，才能驗證機械能守恒定律，其斜率等于 的數(shù)值。 （3）在做“驗證機械能守恒定律”的實驗時，用打點計時器打出紙帶如圖3所示，其中A點為打下的第一個點，0、1、2……為連續(xù)的計數(shù)點?，F(xiàn)測得兩相鄰計數(shù)點之間的距離分別為s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相鄰計數(shù)點間的打點時間間隔均為T。根據(jù)紙帶測量出的距離及打點的時間間隔，可以求出此實驗過程中重錘下落運動的加速度大小表達式為____ _____。在打第5號計數(shù)點時，紙帶運動的瞬時速度大小的表達式為___ _____。要驗證機械能守恒定律，為減小實驗誤差，應(yīng)選擇打下第_________號和第__________號計數(shù)點之間的過程為研究對象。 （4）某次“驗證機械能守恒定律”的實驗中，用6V、50Hz的打點計時器打出的一條無漏點的紙帶，如圖4所示，O點為重錘下落的起點，選取的計數(shù)點為A、B、C、D，各計數(shù)點到O點的長度已在圖上標出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質(zhì)量為1kg。 ①打點計時器打出B點時，重錘下落的速度vB= m/s，重錘的動能EkB= J。 ②從開始下落算起，打點計時器打B點時，重錘的重力勢能減小量為 J。 ③根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開始到打出B點的過程中，得到的結(jié)論是 。 參考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低壓直流電源、天平。缺少的器材是低壓交流電源、重錘、刻度尺。（2）通過原點的直線、g. （3）（s6+ s5+ s4- s3- s2 –s1）/9T 2，（s5+ s6）/2T，1、5. （4）①1.175，0.69，0.69 ②0.69， ③機械能守恒。