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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題的優(yōu)點(diǎn),注意訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用本定律解決問題的思路,以培養(yǎng)學(xué)生正確分析物理問題的習(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)分析處理問題的重要性.   1.機(jī)械能守恒定律是力學(xué)知識中的一條重要規(guī)律.是一個重點(diǎn)知識.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,對多數(shù)學(xué)生來說,雖經(jīng)過一個階段的學(xué)習(xí),仍常常是

2、把握不夠,出現(xiàn)各式各樣的錯誤.這也說明此項(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,帶有兩個小球的細(xì)桿,定滑輪,物塊m、M,細(xì)繩.   1.提出問題.   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)行評價和歸納總結(jié),說明機(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題的基本思路與方法.   問題1 投影片和實(shí)驗(yàn)演示.如圖1所示.一根長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時的速度.   分析及解答:小球從A點(diǎn)到C點(diǎn)過程中,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)動方向垂直,對小球不做功.可見只有重力對小球做功,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時重力勢能為零.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,然后提出問題.   問題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:仍照問題1,可得結(jié)果   問題3 出示投影片和演示實(shí)驗(yàn).現(xiàn)將問題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:仿照問題1和問題2的

4、分析.   小球由A點(diǎn)沿圓弧AC運(yùn)動到C點(diǎn)的過程中,只有重力做功,滿足機(jī)械能守恒.取小球在最低點(diǎn)C時的重力勢能為零.   根據(jù)機(jī)械能守恒定律,可列出方程:   比較問題1、問題2與問題3的分析過程和結(jié)果.可能會出現(xiàn)什么問題.   引導(dǎo)學(xué)生對問題3的物理過程作細(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,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)動和做圓周運(yùn)動這兩個過程,都只有重力做功,機(jī)械能守恒,而不是整個運(yùn)動過程機(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)動過程可分為三個階段.   小球從A點(diǎn)的自由下落至剛到B點(diǎn)的過程;   在

5、到達(dá)B點(diǎn)時繩被拉緊,這是一個瞬時的改變運(yùn)動形式的過程;   在B點(diǎn)狀態(tài)變化后,開始做圓周運(yùn)動到達(dá)C點(diǎn).   通過進(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)識到這一點(diǎn).前后兩個過程機(jī)械能分別是守恒的,而中間的瞬時變化過程中由于繩被拉緊,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,對小球運(yùn)動的全過程不能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律.   正確解答過程如下:   小球的運(yùn)動有三個過程:   從A到B,小球只受重力作用,做自由落體運(yùn)動,機(jī)械能守恒.到達(dá)B點(diǎn)時,懸線轉(zhuǎn)過2θ°角,小球下落高度為2Lsinθ,取B點(diǎn)重力勢能為零.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,只有重力做功,機(jī)械能守恒,有:   聯(lián)立①、②、③式可解得vC.   教師對問題1、2、3的分析及解答過程,引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié).進(jìn)一步提出問題.   問題4 出示投影片和演示實(shí)驗(yàn).   如圖5所示,在一根長為L的輕桿上的B點(diǎn)和末端C各固定一個質(zhì)量為m的小球,桿可以在豎直面上繞定點(diǎn)A轉(zhuǎn)動,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ο螅跅U轉(zhuǎn)動過程中,只有重力對它做功,故機(jī)械能守恒

7、.有:   解法:取在B點(diǎn)的小球?yàn)檠芯繉ο螅跅U轉(zhuǎn)動過程中,只有重力對它做功,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.   提出問題:   兩個結(jié)果不同,問題出現(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)注意研究對象的選取和定律守恒的的條件.在本例題中出現(xiàn)的問題是,整個系統(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)了錯誤的結(jié)果.   師生共同歸納,總結(jié)解決問題的具體辦法.   由于兩小球、輕桿和地球組成的系統(tǒng)在運(yùn)動過程中,勢能和

8、動能相互轉(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.選桿在水平位置時為零勢能點(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)一步提出問題,對機(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物體系勢能的減小等于其動能的增加.  ?、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,這樣會更有助于對機(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,會對整個物理過程的認(rèn)識更加深刻.   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α=?如圖6所示.   先仔細(xì)研究過程.從運(yùn)動學(xué)方面,物體先做圓周運(yùn)動,脫離球面后做拋體運(yùn)動.在動力學(xué)方面,物體在球面上時受重力mg和支承力N,根據(jù)牛頓第二定律   物體下滑過程中其速度v和α均隨之增加,故N逐步減小直到開始脫離球面時N減到零.兩個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力學(xué)條件,故作詳細(xì)分析.   解題前將過程分析清楚很重要,如本題指出,物體沿球面運(yùn)動時,N減小變?yōu)榱愣撾x球面.若過程分析不清將會導(dǎo)致錯誤.   為加深對機(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,通過定滑輪,兩端系有質(zhì)量為M和m的小球,且M>m,開始時用手握住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高時的速度.   解:兩小球和地球等組成的系統(tǒng)在運(yùn)動過程中只有重力做功,機(jī)械能守恒.有:   提問: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,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:   教師針對兩例小結(jié):對一個問題,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.我們在解題時,應(yīng)該像解本題這樣先進(jìn)行發(fā)散思維,尋求問題的多種解法,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題的基本思路與方法.   確定研究對象;   對研究對象進(jìn)行受力分析和運(yùn)動過程分析.   分析各個階段諸力做功情況,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;   幾個物體組成的物體系機(jī)械能守恒時,其中每個物體的機(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,一定要從整體考慮.   要重視對物體運(yùn)動過程的分析,明確運(yùn)動過程中有無機(jī)械能和其他形式能量的轉(zhuǎn)換,對有能量形式轉(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,請師生共同分析討論如下問題.   如圖8所示,質(zhì)量為m和M的物塊A和B用不可伸長的輕繩連接,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,桿和滑輪中心間的距離為L,求當(dāng)B由靜止開始下落h時的速度多大?   分析及解答如下:   設(shè)B下降h時速度為v1,此時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)為研究對象,由于系統(tǒng)在運(yùn)動過程中只有重力做功,系統(tǒng)機(jī)械能守恒,其重力勢能的減小,等于其動能的增加,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,又繞滑輪轉(zhuǎn)動,故v1可分解為圖9所示的兩個分速度.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)一步提高分析問題和解決問題的能力.為此,精選一些具有啟發(fā)性和探討性的問題作為實(shí)例是十分必要的.   例如,兩道錯例,是課本例題的引伸和拓展,基本上滿足了上述要求,這對于深化學(xué)生對機(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)生的錯誤,大有裨益.這種對問題的改造過程,也就是從再現(xiàn)思維到創(chuàng)造思維的飛躍過程.它在深化對知識的理解和發(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)、評價、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)問題.例如,在錯誤例題中發(fā)現(xiàn)兩種結(jié)果不同.   針對不同結(jié)果,教師啟發(fā)學(xué)生找出問題的癥結(jié),指導(dǎo)學(xué)生共同探求解決方案.   在分析解答過程中,學(xué)生運(yùn)用不同角度處理同一問題,教師及時作出評價.在實(shí)際教學(xué)中,對教學(xué)過程的每一個環(huán)節(jié),教師都要對學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行評價.這一方面是實(shí)事求是地肯定他們的成績,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,促進(jìn)他們更有效地學(xué)習(xí).   在教學(xué)的每個環(huán)節(jié)中,教師通過運(yùn)用各種方法和手段,來培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的各種能力,這在每個環(huán)節(jié)中,都有所體現(xiàn). 專心---專注---專業(yè)

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