物理第5节 科学验证:机械能守恒定律第1课时教案

这是一份物理第5节 科学验证:机械能守恒定律第1课时教案，共5页。教案主要包含了情境素材等内容，欢迎下载使用。
1. 知道动能和势能可以相互转化，知道机械能的概念。
2. 理解机械能守恒的条件，掌握机械能守恒定律。
3. 能用机械能守恒定律解决相关问题，能用机械能守恒定律解释生活中的相关现象。
4. 尝试从力与运动、功与能的不同视角来解释生活中的相关现象。
教学重难点
教学重点
机械能守恒定律的条件、机械能守恒定律
教学难点
机械能守恒定律的条件、机械能守恒定律
教学准备
多媒体课件
教学过程
新课引入
教师活动：播放视频《【情境素材】机械能守恒定律》。
教师活动：根据视频内容切入机械能守恒话题。
讲授新课
一、机械能守恒定律
教师活动：讲解机械能的概念。
运动的物体往往既有动能又有势能，物体的动能与重力势能（弹性势能）之和称为机械能。若用符号E表示机械能，则物体的机械能为
E=Ep+Ek
教师活动：播放蹦极的视频，描述能量的转化。
教师活动：播放撑竿跳高的视频，描述能量的变化。
教师设问：动能与势能的相互转化是否存在某种定量的关系？
教师活动：以动能与重力势能的转换为例，推导机械能守恒定律。
设想物体沿光滑曲面下滑。物体在某一时刻处在高度为h1的位置A，这时它的速度是v1。经过一段时间后，物体下落到高度为h2的另一位置B，这时它的速度是v2。支持力的方向与运动的方向垂直，故支持力不做功。
从动能定理知道，重力对物体做的功等于物体动能的增加，即

另一方面，重力对物体做的功等于物体重力势能的减少，即

从以上两式可得

这就是说，重力做了多少功，就有多少重力势能转化为动能。把上式移项后得到
即

等式左边为物体末状态动能与势能之和，等式右边为物体初状态动能与势能之和。
可见，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能保持不变。同样可以证明，在只有弹力做功的物体系统内，动能和弹性势能可相互转化，总的机械能保持不变。
教师活动：讲解机械能守恒定律。
在只有重力或弹力这类力做功的情况下，物体系统的动能与势能相互转化，机械能的总量保持不变。这个结论称为机械能守恒定律。
教师活动：强调机械能守恒的条件。
教师活动：讲解机械能守恒定律与动能定理的区别与联系。
典题剖析
例1 如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是( )
A．甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，物体A的机械能守恒
B．乙图中，物体B在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑时，机械能守恒
C．丙图中，不计任何阻力时A加速下落、B加速上升的过程中，A、B组成的系统机械能守恒
D．丁图中，小球由水平位置A处静止释放，运动到B处的过程中，机械能守恒
答案：BCD
解析：题图甲中重力和弹力做功，物体A和弹簧组成的系统机械能守恒，但A机械能不守恒，故A错误；题图乙中物体B除受重力外，还受支持力、拉力、摩擦力，但当拉力与摩擦力相等时，除重力之外的三个力做功的代数和为零，故B机械能守恒，故B正确；题图丙中绳子的张力对A做负功，对B做正功，两者代数和为零，又不计任何阻力，故A、B组成的系统机械能守恒，故C正确；题图丁中只有小球的重力做功，故机械能守恒，故D正确。
例2 如图所示，小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上，在弹簧压缩到最短的整个过程中，下列关于能量的叙述正确的应是( )
A．重力势能和动能之和总保持不变
B．重力势能和弹性势能之和总保持不变
C．动能和弹性势能之和总保持不变
D．重力势能、弹性势能和动能之和总保持不变
答案：D
解析：球下落过程中受到的重力做正功，弹力做负功，重力势能、弹性势能及动能都要发生变化，任意两种能量之和都不会保持不变，但三种能量有相互转化，总和不变，选项D正确。
课堂小结
规律
比较
机械能守恒定律
动能定理
表达式
E1＝E2，ΔEk＝－ΔEp
ΔEA＝－ΔEB
W＝ΔEk
使用范围
只有重力或弹力做功
无条件限制
研究对象
物体与地球组成的系统
质点
物理意义
重力或弹力做功的过程是动能与势能相互转化的过程
合外力对物体做的功是动能变化的量度
应用角度
守恒条件及初末状态机械能的形式和大小
动能的变化及合外力做功情况
选用原则
(1)无论直线运动还是曲线运动，条件合适时，两规律都可以应用，都要考虑初、末状态，都不需要考虑所经历过程的细节。
(2)能用机械能守恒定律解决的问题一般都能用动能定理解决；能用动能定理解决的问题不一定都能用机械能守恒定律解决。
(3)动能定理比机械能守恒定律应用更广泛、更普遍。
思想方法
机械能守恒定律和动能定理都是从做功和能量转化的角度，来研究物体在力的作用下状态的变化，中间过程都有力做功，列式时都要找两个状态，所列方程都用标量的形式表达。