高中物理粤教版 (2019)必修 第二册第五节 机械能守恒定律评优课ppt课件

《机械能守恒定律》教学设计

 教学目标：

1. 通过实例，理解机械能的概念，理解不同形式的机械能可以相互转化且遵循一定的规律，加深对能量观念的认识；
2. 能分析实际问题中动能与势能的相互转化，并通过相似情境分析构建物理模型，培养学生建构模型的科学思维能力。
3. 理解机械能守恒定律推导过程中的能量观念和科学思维，体会机械能守恒定律所蕴含的守恒观念；
4. 理解机械能守恒定律的应用条件及方法，体会机械能守恒在解决实际问题时与动能定理的异同，构建系统的能量观念，提高科学思维能力。

教学重点：

机械能守恒定律

教学难点：

机械能守恒定律的几种表达式的理解

教学方法：

以功和能的关系分析为主线，引导学生进行探究活动，引导学生结合实例分析，深化理解。

课时安排：1课时

情境引入：

伽利略研究过小球在斜面上的运动。他发现，小球从一个斜面A的高处滚下，会滚动另一个对接的斜面B，无论斜面B比斜面A是陡些还是缓些，小球总会在斜面B上某点速度变为0，且这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度基本相同。

在小球的运动过程中，有哪些物理量是变化的？你能找出不变的量吗？

新课教学：

一、动能与势能的相互转化

1、机械能：动能与势能（包括重力势能和弹性势能）统称为机械能。

提出问题：骑自行车下坡时，即使没有蹬车，车速仍然会逐渐增大。在自行车运动的过程中，动能和重力势能是通过什么实现转化的？在转化的过程中，机械能总量是否变化？

【讨论与交流】如图所示是一个网球竖直下落，与地面碰撞并回弹的过程。若网球与地面接触过程中机械能守恒，空气阻力可忽略不计，试分析以下过程中各有什么力做功，动能和势能之间如何转化？

（1）网球下落的过程。

重力做正功，重力势能转化为动能。

（2）网球与地面接触至下落到最低点的过程。

重力做正功，弹力做负功，动能和重力势能转化为弹性势能。

（3）网球从最低点上升至离开地面的过程。

重力做负功，弹力做正功，弹性势能转化为重力势能和动能。

（4）网球离开地面至上升到最高点的过程。

重力做负功，动能转化为重力势能。

2、通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转换成另外一种形式。

二、机械能守恒定律的理论验证

【思考问题】设一个质量为的小球从点A开始自由下落，如图所示，小球经过高度为的点B时速度为；下落到高度为的点C时速度为。小球从点B运动到点C的过程中，重力做了多少功？

根据动能定理：

根据重力做功与重力势能的变化关系：

由上面两式可得：

移项得：

即：

1、机械能守恒定律：在只有重力或弹力做功的系统内，动能和势能发生相互转化，而系统的机械能重量保持不变。

2、适用条件：物体系统内部只有重力或弹力做功。

说明：机械能守恒时，物体并不是只能受重力或弹力，也可以受其他力，但其他力不做功。

3、三种常见表达形式：

守恒观点：

转化观点：或

转移观点：或

【思考问题】（1）物体的加速度等于，物体的机械能就一定守恒，这种说法对吗？为什么？

（2）物体所受到的合外力为零时，物体机械能是否守恒？请说明理由。

【讨论与交流】1、如图所示，把一个悬挂的铁球贴着自己的鼻尖由静止释放，当铁球摆回来时，是否能碰到一动不动的自己？为什么？

2、有人认为，当合外力对物体做功为零时，机械能一定守恒。这种观点正确吗？请举例说明。

3、还有其他方法可以推导机械能守恒定律吗？请试一试。

例题：如图所示，运动员投掷铅球时，把铅球从距离地面高度的A处以的初速度投出去。

（1）求铅球落到地面C处时速度的大小。（）

（2）如果投掷一架纸飞机，能否使用上述投掷铅球的物理模型分析？若不行，请说明理由。

练习1：如图所示，蹦极是一种既惊险又刺激的运动，深受年轻人的喜爱。一质量为的蹦极者在距水面m高度的位置P点被原长为m的弹性绳固定住后竖直跳下站台，到达A点时弹性绳刚好伸直，继续下降到最低点B处时，距离水面还有m。已知弹性绳的劲度系数为75N/m，蹦极者可视为质点，取为。求：

（1）蹦极者速度达到最大时，距离水面的高度：

（2）蹦极者到达A处时的速度；

（3）弹性绳的最大弹性势能。

练习2：如图所示，光滑水平面AB与竖直面内的光滑半圆形轨道在B点相接，轨道半径为m。一个质量为kg的小球将轻弹簧压缩至A点后由静止释放，当小球离开轻弹簧时其速度m/s（此时弹簧以恢复原长）。小球经过一段匀速直线运动后到达B点接着做圆周运动至最高点C，重力加速度，小球可视为质点，且经过B点时无能量损失。求：

（1）轻弹簧被压缩至A点时的弹性势能；

（2）小球经过圆轨道B点时，小球受到的支持力大小；

（3）小球在C点的速度大小。

课堂小结：

理解机械能守恒定律的内容和表达式，明确机械能守恒定律所描述的系统对象，领悟机械能守恒定律的使用条件，体会用机械能守恒定律解决问题的思路。

课后作业：

第116页：第10题