4.7 生产和生活中的机械能守恒 学历案 -2024-2025学年高一下学期物理粤教版（2019）必修第二册

《生产和生活中的机械能守恒》 学历案 《机械能及其守恒定律之生产和生活中的机械能守恒学历案》 姓名： 班级： 学号： 【主题与课时】 粤教版（2019）高中物理必修第二册第四章第七节，1课时 【课标要求】 1、 理解机械能守恒定律，知道它的适用条件。 2、 能够运用机械能守恒定律解决生产和生活中的简单问题，体会物理学与生活、生产实际的紧密联系。 【学习目标】 1、 能准确说出机械能的组成部分，包括动能和势能（重力势能和弹性势能），知道在生产和生活中的一些机械能的例子，就像你能轻松指出公园里的秋千在摆动时就有机械能一样。 2、 理解机械能守恒定律的含义，能解释在没有摩擦等阻力的情况下，机械能总量保持不变，就像你能明白一个溜溜球在上下滚动过程中如果没有摩擦力，它的机械能是不变的。 3、 可以判断生产和生活中的某个过程是否机械能守恒，比如判断一个从滑梯上滑下的小朋友（忽略摩擦力）机械能是否守恒。 4、 学会运用机械能守恒定律去计算生产和生活中的简单问题，像计算从高处落下的物体到达地面时的速度这类问题。 【评价任务】 1、 通过课堂提问，检查目标1的达成情况，看你是否能说出身边机械能的例子。 2、 让你分析一些简单的机械能守恒例子并解释原因，以此检测目标2。 3、 给出一些生产和生活中的情景，让你判断是否机械能守恒，来评价目标3。 4、 布置相关的计算题，根据你解题的对错来评估目标4。 【学习过程】 一、情境导入 同学们，咱们先来讲一个超级有趣的事情。我上次去游乐场玩的时候，看到了一个超级大的过山车。那过山车呀，从高高的地方呼啸而下，然后又冲上一个大坡，速度一会儿快一会儿慢，特别刺激。我就在想，这过山车的能量是怎么变化的呢？它在这个过程中有没有什么规律呢？其实啊，这里面就涉及到我们今天要学的机械能守恒定律呢。 二、任务一：认识机械能 1、 动能 （1）咱们先来说说动能。同学们，你们有没有跑过步呀？当你跑得飞快的时候，是不是感觉自己充满了能量？这个能量就是动能哦。动能是和物体的速度和质量有关的。比如说，一辆大卡车和一辆小摩托车，要是它们速度一样，那大卡车的动能肯定更大，因为它质量大呀。那谁能举一些生活中物体具有动能的例子呢？（给学生一点时间思考和回答，然后可以补充一些例子，像飞奔的足球、滚动的石头等） （2）我们来做一个小探究。拿一个小弹珠，在一个平滑的桌面上，从不同的高度让它滚下，观察它撞击到一个小纸盒时纸盒移动的距离。你会发现，弹珠从越高的地方滚下，它的速度就越大，撞击纸盒时纸盒移动得越远，这就说明弹珠的动能和它的速度有关哦。 2、 势能 （1）势能呢又分为重力势能和弹性势能。咱们先说说重力势能。同学们，你们爬过山吗？当你站在山顶的时候，你就有很大的重力势能。重力势能和物体的质量还有高度有关。比如，一个大石头在山顶和一个小石子在山顶，大石头的重力势能肯定更大，因为它质量大。而且，同样的物体，在越高的地方重力势能越大。谁能再举些重力势能的例子呀？（像高楼顶上的花盆、树上的苹果等） （2）弹性势能呢，大家玩过弹弓吗？当你把弹弓的皮筋拉得长长的，这个时候皮筋就有弹性势能了。弹性势能和物体的弹性形变程度有关。我们来做个小实验，拿一个弹簧，在它下面挂不同重量的小物体，观察弹簧的伸长量。你会发现，挂的物体越重，弹簧伸长得越多，当你放开物体的时候，弹簧弹起的高度也越高，这就说明弹性势能和弹性形变程度有关呢。 （3）那现在我们就知道机械能就是动能和势能（重力势能和弹性势能）的总和啦。谁能再举一些机械能的例子呢？比如说，正在旋转的摩天轮，它既有动能（因为在转动）又有重力势能（因为在一定高度）。 三、任务二：理解机械能守恒定律 1、 概念讲解 （1）同学们，现在我们要深入了解一个超酷的定律——机械能守恒定律。这个定律说的是呀，在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。就像我们刚刚说的过山车，如果忽略掉轨道的摩擦力，那过山车在整个过程中它的机械能就是守恒的。当它从高处冲下来的时候，它的高度降低，重力势能减小，但是速度增大，动能增大，重力势能转化成了动能；当它再冲上坡的时候，速度减小，动能减小，高度增加，动能又转化成了重力势能。 （2）我们来看一个小动画演示。在电脑上播放一个小球在光滑的斜面上滚动的动画。小球从斜面顶端滚下，在这个过程中，只有重力做功。我们可以看到小球的高度不断降低，速度不断增大，然后再滚上另一个斜面，高度增加，速度减小，整个过程中机械能的数值（通过旁边显示的计算数值）始终保持不变。 2、 举例分析 （1）我们再来举个生活中的例子。比如说，一个秋千。当你把秋千拉到一边然后放开，秋千就会来回摆动。在这个过程中，如果我们忽略空气阻力和秋千绳子与支架之间的摩擦力，那么秋千的机械能就是守恒的。当秋千荡到最高处时，它的速度为零，动能为零，但是重力势能最大；当秋千荡到最低处时，它的高度最低，重力势能最小，但是速度最大，动能最大。谁能试着用机械能守恒定律来解释一下这个过程呢？（让学生回答，然后给予补充和纠正） （2）再看一个例子，从高处落下的雨滴。如果我们忽略空气阻力，雨滴在下落过程中，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，总的机械能保持不变。那要是考虑空气阻力呢？（引导学生思考，然后讲解有空气阻力时机械能不守恒，因为有其他力做功了） 四、任务三：判断机械能守恒 1、 给出情景 （1）现在老师要给你们一些生产和生活中的情景，你们来判断一下机械能是否守恒哦。第一个情景是，一个小孩从滑梯上滑下，滑梯表面很光滑。（让学生回答，然后解释原因：因为滑梯光滑，只有重力做功，所以机械能守恒） （2）第二个情景是，一个弹簧振子在粗糙的水平面上振动。（学生回答后解释：因为有摩擦力做功，所以机械能不守恒） （3）第三个情景是，一个篮球被抛向空中，不考虑空气阻力。（让学生回答并解释：不考虑空气阻力时，只有重力做功，机械能守恒） 2、 小组讨论 （1）下面我们分成小组来讨论一些更复杂的情景。每个小组会拿到一个情景卡片，然后讨论这个情景下机械能是否守恒，并且要说出理由。比如说，一个人骑自行车在一段有起伏的道路上行驶，要考虑摩擦力。（小组讨论结束后，每个小组派代表发言，然后全班一起讨论和纠正） 五、任务四：运用机械能守恒定律计算 1、 简单计算 （1）现在我们要开始运用机械能守恒定律来做一些简单的计算啦。比如说，一个物体从10米高的地方自由落下，求它到达地面时的速度。首先我们知道，在这个过程中只有重力做功，机械能守恒。物体在高处时，它的机械能就是重力势能，根据重力势能的公式Ep ＝ mgh（这里的m是物体质量，g是重力加速度，h是高度），到达地面时，它的机械能就是动能，根据动能公式Ek ＝ 1/2mv²。因为机械能守恒，所以mgh ＝ 1/2mv²，已知h ＝ 10米，g ＝ 9.8m/s²，我们就可以求出v啦。（带着学生一步一步计算） （2）再举一个例子，一个弹性小球从2米高的地方落到一个弹簧上，弹簧被压缩后又把小球弹起，假设弹簧的弹性势能与小球下落高度成正比，求小球被弹起的最大高度。这个题就需要我们先分析每个过程的机械能情况，然后根据机械能守恒定律来计算。（引导学生分析，然后让学生自己尝试计算，最后再讲解） 2、 拓展计算 （1）对于那些学有余力的同学，我们可以做一个更有挑战性的题目。有一个复杂的轨道，一个小球从轨道的一端以一定的初速度进入轨道，轨道上有不同的坡度和弯曲，还有一些摩擦因素已知的部分，求小球到达轨道另一端时的速度。这个题就需要仔细分析每个部分的机械能变化，考虑摩擦力做功的情况，然后运用机械能守恒定律的拓展公式来计算。（让有兴趣的同学课后去做这个题目） 【作业与检测】 1、 基础题 （1）下列关于机械能的说法正确的是（ ） A. 在空中飞行的飞机只具有动能 B. 质量大的物体具有的机械能一定大 C. 具有弹性势能的物体一定具有动能 D. 具有动能的物体可能具有重力势能 （2）一个物体从高处自由落下，在下落过程中（不考虑空气阻力），下列说法正确的是（ ） A. 动能减小，重力势能增大 B. 动能增大，重力势能减小 C. 动能不变，重力势能减小 D. 动能减小，重力势能不变 2、 应用题 （1）一个质量为2kg的物体从5米高的地方自由落下，求它到达地面时的速度。 （2）一个弹簧的弹性系数为100N/m，一个质量为1kg的物体从0.5米的高度落在弹簧上，求弹簧被压缩的最大距离。（假设弹簧在弹性限度内） 3、 拓展题（选做） 一个小球在一个半圆形的光滑轨道内运动，轨道半径为R，小球从轨道的最高点以初速度v0开始运动，求小球到达轨道最低点时的速度。 【课后反思】 1、 在理解机械能守恒定律这个知识点上，有没有觉得特别难的地方呢？ 2、 对于运用这个定律进行计算，有没有哪些步骤还不太清楚的？ 3、 在判断机械能守恒的情景时，有没有容易混淆的地方？ 4、 对于今天课堂上的实验和例子，有没有什么更好的想法或者改进建议呢？ 学科网（北京）股份有限公司 $$