高中物理人教版 (新课标)必修28.机械能守恒定律教学设计

这是一份高中物理人教版 (新课标)必修28.机械能守恒定律教学设计，共5页。教案主要包含了教学目标，重点·难点及解决办法，教学步骤等内容，欢迎下载使用。
7、7 机械能守恒定律的应用一、教学目标1．熟悉应用机械能守恒定律解题的步骤．2．明了应用机械能守恒定律分析问题的注意点．二、重点·难点及解决办法1．重点：机械能守恒定律的具体应用。2．难点：应用机械能守恒定律和动能定律分析解决较复杂的力学问题。3．解决办法（1）分析典型例题，解剖麻雀，从而掌握机械能守恒定律应用的程序和方法。（2）比较研究，能准确选择解决力学问题的方法、灵活运用各种定律分析问题。三、教学步骤    【引入新课】复习上节课的机械能守恒定律内容及数学表达式．    【新课教学】1、应用机械能守恒定律解题的步骤：（1）根据题意选取研究对象（物体或系统）；（2）分析研究对象在运动过程中的受力情况以及各力做功的情况，判断机械能是否守恒；（3）确定运动的始末状态，选取零势能面，并确定研究对象在始、末状态时的机械能；（4）根据机械能守恒定律列出方程进行求解注意：列式时，要养成这样的习惯，等式作左边是初状态的机械能而等式右边是末状态的机械能，这样有助于分析的条理性。例1：如图所示，光滑的倾斜轨道与半径为R的圆形轨道相连接，质量为。的小球在倾斜轨道上由静止释放，要使小球恰能通过圆形轨道的最高点，小球释放点离圆形轨道最低点多高？通过轨道点最低点时球对轨道压力多大？分析及解答： 小球在运动过程中，受到重力和轨道支持力，轨道支持力对小球不做功，只有重力做功，小球机械能守恒．    取轨道最低点为零重力势能面．    因小球恰能通过圆轨道的最高点C，说明此时，轨道对小球作用力为零，只有重力提供向心力，根据牛顿第二定律可列  得  在圆轨道最高点小球机械能在释放点，小球机械能为  根据机械能守恒定律    列等式：  解设同理，小球在最低点机械能         小球在B点受到轨道支持力F和重力根据牛顿第二定律，以向上为正，可列据牛顿第三定律，小球对轨道压力为6mg．方向竖直向下．       例2．长l=80cm的细绳上端固定，下端系一个质量m＝100g的小球。将小球拉起至细绳与竖立方向成60°角的位置，然后无初速释放。不计各处阻力，求小球通过最低点时，细绳对小球拉力多大？取g=10m/s2。    分析及解答：    小球运动过程中，重力势能的变化量，此过程中动能的变化量。机械能守恒定律还可以表达为 即    整理得   又在最低点时，有    在最低点时绳对小球的拉力大小    提出问题：通过以上各例题，总结应用机械能守恒定律解决问题的基本方法。 2．机械能守恒定律在多个物体组成系统中的应用对单个物体能用机械能守恒定律解的题一般都能用动能定理解决．而且省去了确定是否守恒和选定零势能面的麻烦，反过来，能用动能定理来解决的题却不一定都能用机械能守恒定律来解决，在这个意义上讲，动能定理比机械能守恒定律应用更广泛更普遍。故机械能守恒定律主要应用在多个物体组成的系统中。例3：如图2-8-3所示，粗细均匀的U形管内装有总长为4L的水。开始时阀门K闭合，左右支管内水面高度差为L。打开阀门K后，左右水面刚好相平时左管液面的速度是多大？（管的内部横截面很小，摩擦阻力忽略不计）解答：由于不考虑摩擦阻力，故整个水柱的机械能守恒。从初始状态到左右支管水面相平为止，相当于有长L/2的水柱由左管移到右管。系统的重力势能减少，动能增加。该过程中，整个水柱势能的减少量等效于高L/2的水柱降低L/2重力势能的减少。不妨设水柱总质量为8m，则，得 例4：如图2-8-4所示，质量分别为2 m和3m的两个小球固定在一根直角尺的两端A、B，直角尺的顶点O处有光滑的固定转动轴。AO、BO的长分别为2L和L。开始时直角尺的AO部分处于水平位置而B在O的正下方。让该系统由静止开始自由转动，求：当A到达最低点时，A小球的速度大小v？解答：以直角尺和两小球组成的系统为对象，由于转动过程不受摩擦和介质阻力，所以该系统的机械能守恒。过程中A的重力势能减少， A、B的动能和B的重力势能增加，A的即时速度总是B的2倍。，解得 例5：如图22所示，将楔木块放在光滑水平面上靠墙边处并用手固定，然后在木块和墙面之间放入一个小球，球的下缘离地面高度为H，木块的倾角为，球和木块质量相等，一切接触面均光滑，放手让小球和木块同时由静止开始运动，求球着地时球和木块的速度。解答：此题的关键是要找到球着地时小球和木块的速度的关系。因为小球和木块总是相互接触的，所以小球的速度V1和木块              的速度V2在垂直于接触面的方向上的投影相等，即:V1Cos=V2Sin              由机械能守恒定律可得：mgH=mv12/2+mv22/2         由上述二式可求得：                   V1=.sin,  V2=.cos.  【同步检测】1、如图2-8-14所示，两质量相同的小球A、B，分别用线悬线在等高的O1、O2点，A球的悬线比B比球的悬线长，把两球的悬线均拉到水平后将小球无初速释放，则经过最低点时（悬点为零势能）（    ）   A．A球的速度大于B球的速度   B．A球的动能大于B球的动能C．A球的机械能大于B球的机械能          D．A球的机械能等于B球的机械能2．如图2-8-15所示，小球自高为H的A点由静止开始沿光滑曲面下滑，到曲面底B点飞离曲面，B点处曲面的切线沿水平方向．若其他条件不变，只改变h，则小球的水平射程s的变化情况是        (    )    A．h增大，s可能增大     B．h增大，s可能减小    C．A减小，s可能增大     D．A减小，s可能减小3．用平行斜面向下的拉力将物体沿斜面拉下，拉力的大小等于摩擦力，则（    ） A.物体做匀速运动              B．合外力对物体做功为零C．物体的机械能守恒           D．物体的机械能减小4．如图2-8-16所示，用长为L的绳子一端系着一个质量为m的小球，另一端固定在O点，拉小球至A点，此时绳子偏离竖直方向为θ角，空气阻力不计，松手后小球经过最低点的速率为（    ）A． 2glcosθ　　　　B． 2gl（1—sinθ）     C． 2gl（1—cosθ）   D． 2gl  5．细绳的一端固定，另一端系一质量为m的小球，小球绕绳的固定点在竖直面内做圆周运动，细绳在小球的最低点和最高点的张力之差  为（     ）A．mg         B．2mg          C．4mg          D．6mg6．如图2-8-17所示，小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上。在将弹簧压缩到最短的整个过程中，下列关于能量的叙述中正确的是（     ）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不断增加D．重力势能、弹性势能和动能之和总保持不变7．人站在h高处的平台上，水平抛出一个质量为m的物体，物体落地时的速度为v，以地面为重力势能的零点，不计空气阻力，则有（   ）A．人对小球做的功是       B．人对小球做的功是C．小球落地时的机械能是    D．小球落地时的机械能是8．在下面列举的各例中，若不考虑阻力作用，则物体机械能发生变化的是（       ）Ａ．用细杆栓着一个物体，以杆的另一端为固定轴，使物体在光滑水平面上做匀速率圆周运动Ｂ．细杆栓着一个物体，以杆的另一端为固定轴，使物体在竖直平面内做匀速率圆周运动Ｃ．物体沿光滑的曲面自由下滑Ｄ．用一沿固定斜面向上、大小等于物体所受摩擦力的拉力作用在物体上，使物体沿斜面向上运动9．如图2-8-18所示，长为L1的橡皮条与长为L2的细绳的一端都固定在O点，另一端分别系两球A和B，A和B的质量相等，现将两绳都拉至水平位置，由静止释放放，摆至最低点时，橡皮条和细绳长度恰好相等，若不计橡皮条和细绳的质量，两球经最低点速度相比     (        )A．A球大         B．B球大C．两球一样大      D．条件不足，无法比较10．一根全长为L、粗细均匀的铁链，对称地挂在轻小光滑的定滑轮上，如图2-8-19所示，当受到轻微扰动，铁链开始滑动，当铁链脱离滑轮瞬间铁链速度大小为                     11．从地面以40m/s的初速度竖直上抛一物体，不计空气阻力，经过T时间小球的重力势能是动能的3倍，则T=               ，这时小球离地高度为                   。 12．如图2-8-20所示，光滑圆柱O被固定在水平平台上，质量为m的小球用轻绳跨过柱体与质量为M(M>m)的小球相连，开始时，m与平台接触，两边绳伸直，然后两球从静止开始运动，M下降，m上升，当上升到圆柱的最高点时，绳子突然断了，发现m恰好做平抛运动，则M是m的多少倍？                                                                 13．如图2-8-21，光滑圆管形轨道AB部分平直，BC部分是处于竖直平面内半径为R的半圆，圆管截面半径r<<R，有一质量m，半径比r略小的光滑小球以水平初速v0射入圆管，（1）若要小球能从C端出来，初速度v0多大？（2）在小球从C端出来的瞬间，对管壁的压力有哪几种典型情况，初速v0各应满足什么条件？                                              
        14．如图2-8-22所示，质量为m的小球由长为L的细绳（质量不计）固定在O点，今将小球水平拉至A点静止释放，在O点正下方何处钉一铁钉O/方能使小球绕O/点在竖直平面内做圆周运动（设细绳碰钉子时无能量损）        15．如图2-8-23所示，半径为r，质量不计的圆盘盘面与地面相垂直，圆心处有一个垂直盘面的光滑水平固定轴O，在盘的最右边缘固定有一个质量为m的小球A，在O点的正下方离O点r/2处固定一个质量也为m的小球B．放开盘让其自由转动，问：(1)当A球转到最低点时，两小球的重力势能之和减少了多少？(2)A球转到最低点时的线速度是多少？(3)在转动过程中半径OA向左偏离竖直方向的最大角度是多少？      16．质量均为m的物体A和B分别系在一根不计质量的细绳两端，绳子跨过固定在倾角为30°的斜面顶端的定滑轮上，斜面固定在水平地面上，开始时把物体B拉到斜面底端，这时物体A离地面的高度为0.8米，如图2-8-24所示。若所有摩擦力均不计，从静止开始放手，让它们运动起来。试求：（1）物体A着地前一瞬的速度；（2）物体A着地后，物体B沿斜面上滑的最大距离。        17．如图2-8-25所示，重物A、B、C质量相等，A、B用细绳绕过轻小滑轮相连接，开始时A、B静止，滑轮间细绳长0.6m，现将C物体轻轻挂在MN绳的中点，求：(1)C下落多大高度时速度最大?(2)C下落的最大距离多大?     18．如图2-8-26所示，跨过同一高度处的光滑滑轮的细线连接着质量相同的物体A和B.A套在光滑的水平杆上，定滑轮离水平杆高度为h=0.2 m.开始让连A的细线与水平杆夹角θ=53°，由静止释放，在以后的过程中A所能获得的最大速度为_____.(sin53°=0.8，cos53°=0.6)      机械能守恒定律练习题答案1.ABD  2.ABCD  3.C 4.C  5.D 6. CD  7.BC  8.B  9.B 10. 11.  2s或6s、   60m  12.  5/(π+1) 13.  ；N=0 vO=、N＞0 vO＞、N＜0  ≤ vO＜14.  3L/5    15. mgr/2  、   、  37°  16.  2m/s、1.6m 　　17． m、0.4m    18．1m/s