3.4 机械能守恒定律 教案 -2023-2024学年高一下学期（中职）物理高教版《技术物理 上册》

3-4 机械能守恒定律 一、教学目标 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的内容及适用条件。 3．能判断物体的机械能是否守恒，并能应用机械能守恒定律分析，解决实际问题。 二、教学重点难点 重点：1．掌握物体系统机械能守恒的条件； 2．能够正确分析物体系统所具有的机械能； 3．能够应用机械能守恒定律解决有关问题 难点：1．正确判断物体系统机械能是否守恒； 2．应用机械能守恒定律解决问题。 三、教学器材 演示物体在运动中动能与势能相互转化的装置。单摆；弹簧振子。 四、教学建议 教法建议 推导、分析、讨论法 教学设计方案 （一）引入新课 1．提问：我们学习了哪几种形式的能？它们的大小由什么决定？（动能、势能， ） 2．动能定理的内容和表达式是什么？ （合外力对物体所做的功，等于物体动能的改变量。 ） 3．重力做功与重力势能改变之间的关系是怎样的？ （） 4．总结：（1） 动能定理中的动能的改变量是末动能减去初动能；重力所做的功等于重力势能的减少量。（2） 动能和重力势能、弹性势能统称为机械能。不同形式的能之间是可以相互转化的。 （二）引出课程内容 教师举出物体能量转化的实例：物体自由下落时，高度越来越小，速度越来越大，说明重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能。竖直上抛的物体，在上升过程中，速度越来越小，高度越来越大，说明动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。不仅重力势能和动能可以相互转化，弹性势能和动能也可以相互转化。被压缩的弹簧可以把跟它接触的小球弹出去，这时弹簧的弹力做功，弹性势能转化为小球的动能。 观察演示实验中物体动能与势能转化情况。演示单摆和弹簧振子实验。提醒学生注意观察物体运动中的动能、势能的变化情况，并进行讨论。 讨论得出：物体运动过程中，随着动能增大，物体的势能减小，反之，随动能减小，物体的势能增大。 提出问题：在动能、势能的转化过程中，物体动能和势能的总和有什么变化呢？物体的机械能是否变化呢？ 1．机械能守恒定律的推导 如图1所示，设质量为m的物体自由下落，经 过高度为h1的A点时速为1，下落到高度h2的B点 时速度为2。 在自由落体运动中，不计空气阻力，物体只受 重力作用。重力做正功。由动能定理得 由重力做功与重力势能的关系得 图1 所以 此式说明，物体在下落过程，重力做了多少功，就有多少重力势能转化为等量的动能。 将上式移项后得 或 上式表明，在自由落体运动中，动能和重力势能之和（即总的机械能）保持不变。 此式不仅对自由落体运动是正确的，还可以证明，在只有重力做功的情形下，不论物体做直线运动还是曲线运动，此结论都是正确的。 只有重力做功这个条件是指：物体只受重力作用，不受其他的力作用，或者除重力外还受其他力作用，但其他力不对物体做功。 2．机械能守恒定律及守恒的条件 通过以上分析得到，在只有重力做功的情形下，物体的动能和重力势能可以相互转化，但机械能的总量保持不变。这个结论称为机械能守恒定律。 同理，在弹性势能和动能的相互转化中，如果只有弹力做功，动能和弹性势能之和保持不变，即机械能守恒。 （1） 条件：只有重力（或弹力）做功。 （2） 结论：机械能的总量保持不变。 3．机械能守恒定律的应用 （1）机械能守恒定律与动能定理一样，不论是恒力或变力情况，不论是直线或曲线运动，在动能和势能的转化中，只有重力（或弹力）做功，机械能守恒定律总是成立的。所谓只有重力（或弹力）做功，包括两种情况： ① 物体只受重力（或弹力）作用，不受其他力作用。 ② 物体除受重力（或弹力）外还受其他的力，但其他力不做功。 （2）应用机械能守恒定律解题步骤： ① 选取研究对象；② 分析受力情况及各个力的做功情况，判断是否符合定律成立的条件；③ 若符合定律成立的条件，则选取合适的零势能面并确定初、末状态的机械能值；④ 根据定律列出方程求解。 （3）例题讨论讲解。 关于物体机械能是否守恒的叙述，下列说法中正确的是：（ B ） A．一个物体所受合外力为零，它的机械能一定守恒； B．一个物体所受合外力不为零，它的机械能可能守恒； C．一个物体做匀速运动，它的机械能一定守恒； D．一个物体所受合外力的功为零，它的机械能一定守恒 例题1 一个物体从光滑斜面顶端由静止开始滑下（图2），斜面高1 m ，长2 m，不计空气阻力，求物体滑到斜面底端的速度。 解 取地面为参考平面。物体所受力有重力和支持力。支持力与物体的运动方向垂直，不做功，物体下滑过程中只有重力做功，机械能守