优秀教案系列
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第4节机械能守恒定律
教学分析
教学分析
教学目标
1.知道机械能的各种形式。
2.能够分析动能与势能(包括弹性势能)之间的相互转化问题。
3.知道机械能守恒的条件,能写出机械能守恒定律的表达式。
4.会判断机械能是否守恒,能运用机械能守恒定律解决有关问题。
教学重难点
重点:能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒,能正确分析物体、系统所具有的机械能。
难点:从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件。
教学方法
教师启发引导教学与探究法相结合,并辅以演示法、讲授、讨论、归纳法等。
课时安排
2课时
教学准备
多媒体辅助教学设备、学案、单摆等
教学
教学设计
一、情境导入
[视频展示]伽利略理想斜面视频。
[实验展示]一个用细线悬挂的小球从A点开始摆动,记住它向右能够达到的最大高度,然后用一把刻度尺在P点挡住摆线,看一看这种情况下小球所能达到的高度。
[提出问题]从视频和实验展示中,你观察到了哪些现象?
[学生回答]在视频中,当小球沿斜面从高处由静止滚下时,小球的高度不断减小,而速度不断增大;当小球从斜面底端沿另一斜面向上滚动时,小球的位置不断升高,而速度不断减小,小球的速度最后总是会在另一斜面上与它出发时高度基本相同的某点处变为零。
在实验展示中,小球所能达到的高度与它的初始高度基本相同。
[教师总结]板书呈现课题,引导学生进入本课的学习过程:这是否说明在小球滚动和摆动的过程中某种“东西”是不变的?这种“东西”会是什么?通过本节课的学习,同学们就能理解这一现象了。
二、新课讲授
(一)追寻守恒量
[情境设问]1.当小球沿斜面从高处由静止滚下时,小球的高度不断减小,而速度不断增大,说明了什么?2.当小球从斜面底端滚上另一个斜面时,小球的位置不断升高,而速度不断减小,又说明了什么?
[学生回答]1.小球凭借其位置而具有的物理量不断减少,由于运动而具有的物理量不断增大。2.小球凭借位置而具有的物理量不断增加,由于运动而具有的物理量逐渐减少。
[提出问题]如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略,小球将准确地终止于它开始运动时的高度,好像“记得”自己的起始高度,不会更高一点,也不会更低一点,这说明了什么?
[学生回答]小球凭借其位置而具有的某一物理量与其运动而具有的某一物理量在运动过程中是相互转化的,而其总量是保持不变的。
[教师总结]在物理学中,我们把以上这一事实说成是“有某一量是守恒的”,并把这个量叫作能量或者能,能量概念的引入是科学前辈们追寻守恒量的一个重要事例。例子中的小球凭借其位置和由于运动而具有的能量也分别称为我们前面所学的“势能”和“动能”。
(二)动能与势能的相互转化
[提出问题]通过重力或弹力做功,动能和势能会相互转化,说出下列情况中有哪几种能量相互转化?它们是怎么转化的?
1.物体自由下落或沿光滑斜面下滑时;2.将物体以一定的初速度竖直上抛或沿光滑斜面上升时;3.被压缩的弹簧,将跟它接触的物体弹出去的过程中。
[学生回答]1.物体自由下落或沿光滑斜面下滑时,重力对物体做正功,物体的重力势能减小,动能增加;
2.将物体以一定的初速度竖直上抛或沿光滑斜面上升时,重力做负功,物体的重力势能增加,动能减小;
3.被压缩的弹簧,将跟它接触的物体弹出去的过程中,弹力做正功,弹簧的弹性势能减小,物体的动能增加。
[教师总结]1.机械能概念:物体的动能和势能统称为物体的机械能。机械能包括动能、重力势能和弹性势能。通过做功,机械能可以从一种形式转化为另一种形式。
2.计算公式:E=Ek+Ep。
3.机械能是标量。
4.具有相对性(需要设定零势能面)。
(三)机械能守恒定律
[提出问题]动能和势能可以发生相互转化,且在转化过程中,当一种形式的能增加时另外一种形式的能减少。这种相互转化是否存在某种定量的关系?在整个过程中机械能如何变化?
[科学推理与论证]下面以动能与重力势能的相互转化为例进行讨论。我们讨论物体沿光滑曲面滑下的情形,此情形下物体受到重力和曲面支持力的作用,因为支持力方向时刻与运动方向垂直,支持力不做功,只有重力做功。请同学们做出推导。
物体沿光滑曲面滑下
[学生推导]根据动能定理得
WG=1
又据重力做功与重力势能的关系WG=-ΔEp得
WG=mgh1-mgh2
由以上两式可得
12mv2
增加的动能等于减少的重力势能
移项得
12mv22+mgh
结论:物体在B处的机械能等于在A处的机械能。在只有重力做功的系统内,动能与重力势能互相转化时总的机械