8.4 机械能守恒定律 讲义-2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

课 题 第七章 8 机械能守恒定律 《课标》与学生学情分析 《课标》对本课的具体要求是：1.理解机械能守恒定律；2.用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。另外高中物理课程整体要求中的一些目标也可在本节内容中得到一定落实，如：1.经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律；2.通过对物理概念和规律的学习过程，了解物理学的研究方法，认识物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用；3.能领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。 本节课教学对象是高一学生，高一学生已经掌握了动能、势能和功、牛顿运动定律、动能定理等知识和规律， 具备了学习本节课的知识基础。但本节课教学内容抽象性强，较难理解和掌握；“守恒思想”学生是第一次涉及，学生理解和掌握“守恒思想”有一定的难度；机械能守恒定律的探究过程是本节课需要突破的重点和难点，亦是培养学生科学素养的一个平台和路径。另一方面对接触高中物理不到一年的学生来讲，建立物理模型的能力、功能思想、运用数学工具分析和处理问题的能力、科学探究能力等还显得薄弱，需要在具体问题的研究中得到落实和提高。 学习 重点 难点 教学重点： 1.理解机械能守恒定律及其适用条件； 2.会判定机械能是否守恒，并能应用机械能守恒解题。 教学难点： 1.理解机械能守恒定律的条件； 2.运用机械能守恒定律解决有关问题。 正 文 板 块 一、教学目标 （一）知识与技能 1.知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化； 2.理解机械能守恒定律及其适用条件； 3.会判定机械能是否守恒，并能应用机械能守恒解题。 （二）方法与过程 1.能从能量转化的角度理解机械能守恒的条件，领会运用机械能解决问题的优越性； 2.经历实验探究和理论探究机械能守恒定律的过程，初步学会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象，分析问题。 （三）情感态度与价值观 通过机械能守恒定律的学习，树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问题。 二、教学内容与安排（即教学顺序的设计） （一）引入新课 复习动能、重力势能、弹性势能及对应的功能关系。 图片展示：过山车、撑杆跳、荡秋千、蹦极。 实验：弹簧振子、竖直悬挂于橡皮筋上振动的钩码。 设问：在这些运动中哪些力在做功？涉及哪些能量的变化？这些能量如何转化？ 总结：物理学中，把重力势能和弹性势能统称势能；势能和动能统称机械能。 实验：1.滚摆； 2.单摆碰鼻子——调整摆球的高度和在悬线中间设置档杆，重复实验。 设问：为什么滚摆中的圆盘、单摆中的球每次都几乎能达到相同的高度？这中间是否有某个不变量。 （二）新课教学 1.机械能的概念。 重力势能和弹性势能统称势能；动能和势能统称机械能。动能和势能在一定条件下可以相互转化。 ( v 1 O A B h 1 h 2 v 2 )2.机械能守恒定律的理论探究。 情景一：以自由落体运动为例。 质量为m的小球从地面上方O点开始自由下落，下落过程中依次经过A、B。经过A点时离地面的高度为h1、速度为v1；经过B点时离地面的高度为h2、速度为v2。 由动能定理得： 由重力做功与重力势能的关系得： 联立以上两式得： 即：。 结论：在只受重力的过程中，动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 设问：是不是只有在只受重力的过程中机械能才守恒呢？ 情景二：如图所示，物体沿光滑曲面下滑，某时刻物体处于位置A，它的动能为Ek1、重力势能为Ep1。经过一段时间后物体运动到B位置，它的动能为Ek2、重力势能为Ep2。W表示这一过程中重力做的功。 由动能定理得：W = Ek2- Ek1 由重力做功与重力势能的关系得：W = Ep1- Ep2 联立以上两式得：Ek2- Ek1= Ep1- Ep2 即： 设问：在这两种不同的运动形式中机械能均守恒，它们有什么共同点呢？ 追问：是不是在只有重力做功的情况下机械能才守恒呢？ 情景三：以弹簧振子为例。 如图，轻弹簧的一端固定在竖直墙上，另一端连接质量为m的小球，弹簧处于原长时端点位于O，小球可在光滑的水平杆上自由滑动。向左轻推小球，使其到达A点时释放。小球在A、O两点的动能分别记为Ek1、Ek2；弹簧端点位于A、O时具有的弹性势能分别记为Ep1、Ep2；小球由A运动到O过程中弹力做的功记为W。 由动能定理得：； 由弹力做功与弹性势能的关系得：； 联立以上两式得：，即：。 结论：在只有重力或弹力做功的系统内，动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 ( F N A B O G F )设问：若除重力或弹力做功外，还有其他力做功，情况又会怎样呢？ 在情景三中，若水平方向存在除弹力以外的其他力（如阻