2020年高中物理教学设计(新人教必修二)7.8《机械能守恒定律》3.docx

第8节机械能守恒定律
新课教学
一、动能与势能的相互转化
前面我们学习了动能、势能和机械能的学问.在学校学习时我们就了解到，在肯定条件下，物体的动能与势能(包括重力势能和弹性势能)可以相互转化，动能与势能相互转化的例子在生活中格外多，请同学们举诞生活中的例子来说明动能与势能的相互转化.
参考:1.从树上掉下的苹果（势能向动能转化）；
2.自行车猛蹬几下自由冲上斜坡（动能向势能转化）；
3.拉弓射箭（势能向动能转化）
4.运动会上撑竿跳高运动员在跳起的过程中（人的动能转化为杆的弹性势能,后杆的弹性势能转化为人的重力势能）.
……
试验演示：依次演示麦克斯韦滚摆、单摆和弹簧振子，提示同学留意观看物体运动中动能、势能的变化状况，即转化过程中物理量的具体变化.
通过观看演示试验，同学回答物体运动中动能、势能变化状况.
老师小结：物体运动过程中，随着动能的增大，物体的势能减小；反之，随着动能的减小，物体的势能增大.
同学通过实例感受、试验演示，切实感受到机械能的两种形式（动能与势能）之间可以相互转化.而且，转化过程中有力做功.
重力做功：动能←→重力势能
弹力做功：动能←→弹性势能.
二、机械能守恒定律
问题：动能和势能的相互转化是否存在某种定量的关系呢？上述各运动过程中，物体的机械能是否变化呢？
引导同学通过具体的实例进行理论推导分析.先考虑只有重力对物体做功的抱负状况.

h1
h2
A
B
v1
v2
设物体自由下落过程中经过高度h1的A点速度v1，高度h2的B点时速度为v2，
由同学用学习过的学问（牛顿定律或动能定理），分析下
落过程中A、B两位置的机械能之间的数量关系。
A点到B点，WG=mv22-mv12= EK2-EK1
由重力做功和重力势能变化的关系有
WG=mgh1-mgh2=EP1-EP2
得到 EK2-EK1=EP1-EP2 ①
移项后，得EP1+EK1=EP2+EK2 ②
即 E1=E2
引导同学争辩式①的含义是什么？式②的含义又是什么？
在表达式①中左边是物体动能的增加量，右边是物体重力势能削减量，该表达式说明：物体在下落过程中，重力做了多少正功，物体的重力势能就减小多少，同时物体的动能就增加多少。在表达式②中，左边是物体在末位置时的机械能，右边是物体在初位置时的机械能，该式表示：动能和势能之和即总的机械能保持不变。
⑵只有重力做功分析
上述结论是在运动过程只受重力作用的时候得到的，假如物体是沿光滑斜面下滑，上述
结论成立吗？（由同学推导，分析）
沿光滑斜面下滑过程中，斜面的弹力不做功，由动能定理分析，通过重力做功，使重力
势能转化为动能，总的机械能保持不变。
假如物体沿光滑曲面滑下，怎么分析？
由同学通过重力势能的分析中将曲面看成很多个小斜面的处理方法，得出结论。
小结：在只有重力做功的情形下，不论物体做直线运动还是曲线运动，总的机械能保持
不变。
进一步分析试验2，摆球摇摆过程受重力与细线拉力，两拉力方向始终与运动方向垂直，不
做功，则上式推导过程及结论都相同。
⑶分析守恒条件
分析争辩：泡沫球试验和黑板倾斜后球不能摆到等高处的缘由。
泡沫球受到的阻力不能忽视，前面的推导过程中W=WG+Wf，EP1+EK1≠EP2+EK2，
从能量转化角度看，有机械能转化为热能，所以机械能将不断削减。
通过试验和理论推导的证明：只有重力做功时，物体系统内的机械能守恒。
（此处应说明：重力势能是物体和地球组成的系统具有的）
⑷只有弹力做功分析
提出问题：势能包括重力势能和弹性势能，只有弹力做功时，机械能与守恒吗？
N
A
B
C
G
F
试验4：气垫导轨上的水平弹簧振子，观看振动过程。
由同学争辩振动过程的能量转化和试验结论，结合前
面已经探究过的弹力做功与弹性势能的关系，类比重力做
功，进行分析。
WF= EK2-EK1
又 WF= EP1-EP2=EK2-EK1
则EP1+EK1=EP2+EK2
结论：只有弹力做功时，系统机械能守恒
⑸系统内只有重力和弹力做功分析
试验5：竖直弹簧振子的振动，观看现象，作出分析。
共同分析，得出结论（板书）：
⑹分析守恒条件，归纳结论
在只有重力和弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变
⑺引导同学分析结论，加深理解：
“在只有重力和弹力做功的物体系统内”是机械能守恒的条件
“而总的机械能保持不变”是结论
“动能和势能可以相互转化”是系统内重力或弹力做功的结果。从能量转化角度看，机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律的一种特殊状况。
条件：系统内只有重力（或弹力）做功。
公式：EP1+EK1=EP2+EK2 （E1=E2）（板书）
⑻共同分析书本中的思考与争辩：
一小球在真空中下落，有一质量相同的小球在粘滞性较大的液体中匀速下落，它们都
因高度为h1的地方下落到h2的地方，在两种状况下，重力所做的功相等吗？重力势能各转化为什么形式的能？机械能守恒吗？
课堂小结
1.在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的机械能总量不变.
2.应用机械能守恒定律的解题步骤
(1)确定争辩对象;
(2)对争辩对象进行正确的受力分析;
(3)推断各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件;
(4)视解题便利选取零势能参考平面，并确定争辩对象在始、末状态时的机械能;
(5)依据机械能守恒定律列出方程，或再辅之以其他方程，进行求解.
布置作业
1.教材"问题与练习"第1、3、4题.
2.观看记录生活中其他的物理情景，推断其是否符合机械能守恒定律.
板书设计
8 机械能守恒定律
一、动能与势能的相互转化
重力做功：动能←→重力势能
弹力做功：动能←→弹性势能
二、机械能守恒定律
在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变.
三、机械能守恒定律的条件
1.只受重力（弹力），不受其他力.如自由落体的物体.
2.除重力（弹力）以外还有其他力，但其他力都不做功.如做单摆运动的物体.
活动与探究
课题：从能量的角度探究机械能守恒定律的条件
目的：进行课堂拓展，让同学自主设置情景，自主探究，重温机械能守恒定律条件发觉的过程，加深对课本内容的理解.
方法：指导同学自主设置情景，从能量的角度推断机械能守恒.