高中物理《機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 高中物理《機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì) 　　1．在物理知識(shí)方面要求． 　　掌握機(jī)械能守恒定律的條件； 　　理解機(jī)械能守恒定律的物理含義． 　　2．明確運(yùn)用機(jī)械能守恒定律處理問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn)，注意訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用本定律解決問(wèn)題的思路，以培養(yǎng)學(xué)生正確分析物理問(wèn)題的習(xí)慣． 　　3．滲透物理學(xué)方法的教育，強(qiáng)調(diào)用能量的轉(zhuǎn)化與守恒觀點(diǎn)分析處理問(wèn)題的重要性． 　　1．機(jī)械能守恒定律是力學(xué)知識(shí)中的一條重要規(guī)律．是一個(gè)重點(diǎn)知識(shí)．特別是定律的適用條件、物理意義以及具體應(yīng)用都作為較高要求． 　　2．機(jī)械能守恒定律的適用條件的理解以及應(yīng)用，對(duì)多數(shù)學(xué)生來(lái)說(shuō)，雖經(jīng)過(guò)一個(gè)階段的學(xué)習(xí)，仍常常是

2、把握不夠，出現(xiàn)各式各樣的錯(cuò)誤．這也說(shuō)明此項(xiàng)正是教學(xué)難點(diǎn)所在． 　　投影片若干，投影幻燈，彩筆，細(xì)繩，小球，帶有兩個(gè)小球的細(xì)桿，定滑輪，物塊m、M，細(xì)繩． 　　1．提出問(wèn)題． 　　機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容． 　　機(jī)械能守恒定律的條件． 　　2．根據(jù)學(xué)生的回答，進(jìn)行評(píng)價(jià)和歸納總結(jié)，說(shuō)明機(jī)械能守恒定律的物理含義． 　　運(yùn)用機(jī)械能守恒定律分析解決物理問(wèn)題的基本思路與方法． 　　問(wèn)題1 投影片和實(shí)驗(yàn)演示．如圖1所示．一根長(zhǎng)L的細(xì)繩，固定在O點(diǎn)，繩另一端系一條質(zhì)量為m的小球．起初將小球拉至水平于A點(diǎn)．求小球從A點(diǎn)由靜止釋放后到達(dá)最低點(diǎn)C時(shí)的速度． 　　分析及解答：小球從A點(diǎn)到C點(diǎn)過(guò)程中，不計(jì)空氣阻力，只受重力

3、和繩的拉力．由于繩的拉力始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直，對(duì)小球不做功．可見只有重力對(duì)小球做功，因此滿足機(jī)械能守恒定律的條件．選取小球在最低點(diǎn)C時(shí)重力勢(shì)能為零．根據(jù)機(jī)械能守恒定律，可列出方程： 　　教師展出投影片后，適當(dāng)講述，然后提出問(wèn)題． 　　問(wèn)題2 出示投影片和演示實(shí)驗(yàn)．在上例中，將小球自水平稍向下移，使細(xì)繩與水平方向成θ角，如圖2所示．求小球從A點(diǎn)由靜止釋放后到達(dá)最低點(diǎn)C的速度． 　　分析及解答：仍照問(wèn)題1，可得結(jié)果 　　問(wèn)題3 出示投影片和演示實(shí)驗(yàn)．現(xiàn)將問(wèn)題1中的小球自水平稍向上移，使細(xì)繩與水平方向成θ角．如圖3所示．求小球從A點(diǎn)由靜止釋放后到達(dá)最低點(diǎn)C的速度． 　　分析及解答：仿照問(wèn)題1和問(wèn)題2的

4、分析． 　　小球由A點(diǎn)沿圓弧AC運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過(guò)程中，只有重力做功，滿足機(jī)械能守恒．取小球在最低點(diǎn)C時(shí)的重力勢(shì)能為零． 　　根據(jù)機(jī)械能守恒定律，可列出方程： 　　比較問(wèn)題1、問(wèn)題2與問(wèn)題3的分析過(guò)程和結(jié)果．可能會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題． 　　引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問(wèn)題3的物理過(guò)程作細(xì)節(jié)性分析．起初，小球在A點(diǎn)，繩未拉緊，只受重力作用做自由落體運(yùn)動(dòng)，到達(dá)B點(diǎn)，繩被拉緊，改做 　　進(jìn)一步分析：小球做自由落體運(yùn)動(dòng)和做圓周運(yùn)動(dòng)這兩個(gè)過(guò)程，都只有重力做功，機(jī)械能守恒，而不是整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程機(jī)械能都守恒，因此原分析解答不合理． 　　引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析：小球的運(yùn)動(dòng)過(guò)程可分為三個(gè)階段． 　　小球從A點(diǎn)的自由下落至剛到B點(diǎn)的過(guò)程； 　　在

5、到達(dá)B點(diǎn)時(shí)繩被拉緊，這是一個(gè)瞬時(shí)的改變運(yùn)動(dòng)形式的過(guò)程； 　　在B點(diǎn)狀態(tài)變化后，開始做圓周運(yùn)動(dòng)到達(dá)C點(diǎn)． 　　通過(guò)進(jìn)一步討論，相互啟迪，使學(xué)生從直覺思維和理論思維的結(jié)合上認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)．前后兩個(gè)過(guò)程機(jī)械能分別是守恒的，而中間的瞬時(shí)變化過(guò)程中由于繩被拉緊，vB在沿繩方向的分速度改變?yōu)榱?，即繩的拉力對(duì)小球做負(fù)功，有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，機(jī)械能并不守恒．因此，對(duì)小球運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程不能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律． 　　正確解答過(guò)程如下： 　　小球的運(yùn)動(dòng)有三個(gè)過(guò)程： 　　從A到B，小球只受重力作用，做自由落體運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能守恒．到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，懸線轉(zhuǎn)過(guò)2θ°角，小球下落高度為2Lsinθ，取B點(diǎn)重力勢(shì)能為零．根據(jù)機(jī)械能守恒定律

6、 　　小球到達(dá)B點(diǎn)，繩突然被拉緊，在這瞬間由于繩的拉力作用，小球沿繩方向的分速度vB∥減為零，垂直繩的分速度vB⊥不變，即 　　小球由B到C受繩的拉力和重力作用，做初速度為vB⊥的圓周運(yùn)動(dòng)，只有重力做功，機(jī)械能守恒，有： 　　聯(lián)立①、②、③式可解得vC． 　　教師對(duì)問(wèn)題1、2、3的分析及解答過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)．進(jìn)一步提出問(wèn)題． 　　問(wèn)題4 出示投影片和演示實(shí)驗(yàn)． 　　如圖5所示，在一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕桿上的B點(diǎn)和末端C各固定一個(gè)質(zhì)量為m的小球，桿可以在豎直面上繞定點(diǎn)A轉(zhuǎn)動(dòng)，現(xiàn)將桿拉到水平位置 　　與摩擦均不計(jì)）． 　　解法：取在C點(diǎn)的小球?yàn)檠芯繉?duì)象．在桿轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，只有重力對(duì)它做功，故機(jī)械能守恒

7、．有： 　　解法：取在B點(diǎn)的小球?yàn)檠芯繉?duì)象，在桿轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，只有重力對(duì)它做功，故機(jī)械能守恒： 　　由于固定在桿上B、C點(diǎn)的小球做圓周運(yùn)動(dòng)具有相同的角速度，則vB∶vC=rB∶rC=2∶3， 　　現(xiàn)比較解法與解法可知，兩法的結(jié)果并不相同． 　　提出問(wèn)題： 　　兩個(gè)結(jié)果不同，問(wèn)題出現(xiàn)在何處呢？ 　　學(xué)生討論，提出癥結(jié)所在．教師歸納總結(jié)，運(yùn)用機(jī)械能守恒定律，應(yīng)注意研究對(duì)象的選取和定律守恒的的條件．在本例題中出現(xiàn)的問(wèn)題是，整個(gè)系統(tǒng)機(jī)械能守恒，但是，系統(tǒng)的某一部分的機(jī)械能并不守恒．因而出現(xiàn)了錯(cuò)誤的結(jié)果． 　　師生共同歸納，總結(jié)解決問(wèn)題的具體辦法． 　　由于兩小球、輕桿和地球組成的系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，勢(shì)能和

8、動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，且只有系統(tǒng)內(nèi)兩小球的重力做功，故系統(tǒng)機(jī)械能守恒．選桿在水平位置時(shí)為零勢(shì)能點(diǎn)． 　　則有 E1=0． 　　而 E1=E2， 　　教師引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)以上解法的合理性，并進(jìn)一步提出問(wèn)題，對(duì)機(jī)械能守恒定律的理解還可有以下表述： 　?、傥矬w系在任意態(tài)的總機(jī)械能等于其初態(tài)的總機(jī)械能． 　　②物體系勢(shì)能的減小等于其動(dòng)能的增加． 　?、畚矬w系中一部分物體機(jī)械能的減小等于另一部分物體機(jī)械能的增加． 　　請(qǐng)同學(xué)分成三組，每組各用一種表述，重解本例題．共同分析比較其異同，這樣會(huì)更有助于對(duì)機(jī)械能守恒定律的深化．為此，給出下例，并結(jié)合牛頓第二律的運(yùn)用，會(huì)對(duì)整個(gè)物理過(guò)程的認(rèn)識(shí)更加深刻． 　　已知，小物體自

9、光滑球面頂點(diǎn)從靜止開始下滑．求小物體開始脫離球面時(shí)α=？如圖6所示． 　　先仔細(xì)研究過(guò)程．從運(yùn)動(dòng)學(xué)方面，物體先做圓周運(yùn)動(dòng)，脫離球面后做拋體運(yùn)動(dòng)．在動(dòng)力學(xué)方面，物體在球面上時(shí)受重力mg和支承力N，根據(jù)牛頓第二定律 　　物體下滑過(guò)程中其速度v和α均隨之增加，故N逐步減小直到開始脫離球面時(shí)N減到零．兩個(gè)物體即將離開而尚未完全離開的條件是N=0． 　　解：視小物體與地球組成一系統(tǒng)．過(guò)程自小物體離開頂點(diǎn)至即將脫離球面為止．球面彈性支承力N為外力，與物體運(yùn)動(dòng)方向垂直不做功；內(nèi)力僅有重力并做功，故系統(tǒng)機(jī)械能守恒．以下可按兩種方式考慮． 　　以球面頂點(diǎn)為勢(shì)能零點(diǎn)，系統(tǒng)初機(jī)械能為零，末機(jī)械能為 　　機(jī)械能守恒要

10、求 　　兩種考慮得同樣結(jié)果． 　　〔注〕本題是易于用機(jī)械能守恒定律求解的典型題，又涉及兩物體從緊密接觸到彼此脫離的動(dòng)力學(xué)條件，故作詳細(xì)分析． 　　解題前將過(guò)程分析清楚很重要，如本題指出，物體沿球面運(yùn)動(dòng)時(shí)，N減小變?yōu)榱愣撾x球面．若過(guò)程分析不清將會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤． 　　為加深對(duì)機(jī)械能守恒定律的理解，還可補(bǔ)充下例．投影片． 　　一根細(xì)繩不可伸長(zhǎng)，通過(guò)定滑輪，兩端系有質(zhì)量為M和m的小球，且M＞m，開始時(shí)用手握住M，使系統(tǒng)處于圖7所示狀態(tài)．求：當(dāng)M由靜止釋放下落h高時(shí)的速度． 　　解：兩小球和地球等組成的系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只有重力做功，機(jī)械能守恒．有： 　　提問(wèn)：如果M下降h剛好觸地，那么m上升的總高度是多少

11、？組織學(xué)生限用機(jī)械能守恒定律解答． 　　解法一：M觸地，m做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能守恒．有： 　　解法二：M觸地，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，則M機(jī)械能的減小等于m機(jī)械能的增加．即有： 　　教師針對(duì)兩例小結(jié)：對(duì)一個(gè)問(wèn)題，從不同的角度運(yùn)用機(jī)械能守恒定律．體現(xiàn)了思維的多向性．我們?cè)诮忸}時(shí)，應(yīng)該像解本題這樣先進(jìn)行發(fā)散思維，尋求問(wèn)題的多種解法，再進(jìn)行集中思維，篩選出最佳解題方案． 　　引導(dǎo)學(xué)生，結(jié)合前述實(shí)例分析、歸納總結(jié)出運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決問(wèn)題的基本思路與方法． 　　確定研究對(duì)象； 　　對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析． 　　分析各個(gè)階段諸力做功情況，滿足機(jī)械能守恒定律的成立條件，才能依據(jù)機(jī)械能守恒定律列出

12、方程； 　　幾個(gè)物體組成的物體系機(jī)械能守恒時(shí)，其中每個(gè)物體的機(jī)械能不一定守恒，因?yàn)樗鼈冎g有相互作用，在運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解題時(shí)，一定要從整體考慮． 　　要重視對(duì)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程的分析，明確運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有無(wú)機(jī)械能和其他形式能量的轉(zhuǎn)換，對(duì)有能量形式轉(zhuǎn)換的部分不能應(yīng)用機(jī)械能守恒定律． 　　為進(jìn)一步討論機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用，請(qǐng)師生共同分析討論如下問(wèn)題． 　　如圖8所示，質(zhì)量為m和M的物塊A和B用不可伸長(zhǎng)的輕繩連接，A放在傾角為α的固定斜面上，而B能沿桿在豎直方向上滑動(dòng)，桿和滑輪中心間的距離為L(zhǎng)，求當(dāng)B由靜止開始下落h時(shí)的速度多大？ 　　分析及解答如下： 　　設(shè)B下降h時(shí)速度為v1，此時(shí)A上升的速度為v2，

13、沿斜面上升距離為s． 　　選A、B和地球組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，由于系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只有重力做功，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，其重力勢(shì)能的減小，等于其動(dòng)能的增加，即有： 　　由于B下落，使桿與滑輪之間的一段繩子既沿其自身方向運(yùn)動(dòng)，又繞滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)，故v1可分解為圖9所示的兩個(gè)分速度．由圖9知： 　　由幾何關(guān)系知： 　　綜合上述幾式，聯(lián)立可解得v1． 　　教師歸納總結(jié)． 　　作為機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用復(fù)習(xí)課，應(yīng)在原有基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力．為此，精選一些具有啟發(fā)性和探討性的問(wèn)題作為實(shí)例是十分必要的． 　　例如，兩道錯(cuò)例，是課本例題的引伸和拓展，基本上滿足了上述要求，這對(duì)于深化學(xué)生對(duì)機(jī)械能守恒和機(jī)

14、械能守恒定律的理解，防止學(xué)生可能發(fā)生的錯(cuò)誤，大有裨益．這種對(duì)問(wèn)題的改造過(guò)程，也就是從再現(xiàn)思維到創(chuàng)造思維的飛躍過(guò)程．它在深化對(duì)知識(shí)的理解和發(fā)展思維能力方面比做一道題本身要深刻得多． 　　注重引導(dǎo)、指導(dǎo)、評(píng)價(jià)、發(fā)展有效結(jié)合． 　　教師提供材料，引導(dǎo)學(xué)生從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題．例如，在錯(cuò)誤例題中發(fā)現(xiàn)兩種結(jié)果不同． 　　針對(duì)不同結(jié)果，教師啟發(fā)學(xué)生找出問(wèn)題的癥結(jié)，指導(dǎo)學(xué)生共同探求解決方案． 　　在分析解答過(guò)程中，學(xué)生運(yùn)用不同角度處理同一問(wèn)題，教師及時(shí)作出評(píng)價(jià)．在實(shí)際教學(xué)中，對(duì)教學(xué)過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)，教師都要對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行評(píng)價(jià)．這一方面是實(shí)事求是地肯定他們的成績(jī)，讓他們享受成功的喜悅，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣；另一方面也是從思維方法上幫助他們總結(jié)成功的經(jīng)驗(yàn)，提高認(rèn)識(shí)，促進(jìn)他們更有效地學(xué)習(xí)． 　　在教學(xué)的每個(gè)環(huán)節(jié)中，教師通過(guò)運(yùn)用各種方法和手段，來(lái)培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的各種能力，這在每個(gè)環(huán)節(jié)中，都有所體現(xiàn)． 專心---專注---專業(yè)