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1、第七章 机械能守恒定律全章概述本章讲述功和能的概念，以及动能定理和机械能守恒定律。这个章可视为牛顿力学的进一步展开。在牛顿运动定律的基础上，通过引入功和能的概念，得出相关机械能的规律，特别是机械能守恒定律，使人们对自然的理解更加深入，为解决力学问题开辟了新的途径。所以，这个章是力学的重点章。本章内容是高考命题的热点，特别是关于功、动能定理、机械能守恒定律的相关试题是必考的，有的题目可能重复出现，所以必须熟练掌握本章内容、并将其与牛顿运动定律及运动学相结合，高考中本章的试题题型全面，选择题、填空题、计算题都可能出，尤其是动能定理、机械能守恒定律、能的转化和守恒更多的出现在计算题中，成为近年高考的
2、一大重点，必须重视解综合题的水平。另外，本章知识与实际生活、科技的联系与化学、生物的综合也是新高考命题的一大热点。新课标要求1、使用能量的观点分析解决相关问题时，能够不涉及过程中力的作用细节。2、功和能量转化的关系不但为解决力学问题开辟了一条新的重要途径，同时它也是分析解决电磁学、热学等领域中问题的重要依据。3、高考对本章考查的热点包括功和功率、动能定理、机械能守恒定律、能的转化和守恒定律。考查的特点是灵活性强、综合面大，水平要求高。 追寻守恒量 功和能量转化的关系不但为解决力学问题开辟了一条新的重要途径，同时它也是分析解决电磁学、热学等领域中问题的重要依据但是学生在能量概念的建立上没有概念基
3、础，所以教材在第一节设立迫寻守恒量，旨在让学生对能量能够有清晰的理解教材从著名物理学家的理论出发，展示伽利略的斜面实验，逐步引导能量的概念建立继而利用生活中的实例，给出势能和动能的概念教材具体说明了引入能量概念的必要性 在实际教学中，逐步渗透物理学家研究待理解问题的方法：设法找出所研究现象是否存在物理量守恒的情况，一旦发现某种物理量守恒，就首先用以整理过去的经验和知识并总结成定律，然后在新的现象或事例中对总结出的守恒定律实行检验，如果定律得以证实就能够借助它解决问题，甚至作出新的预见，追寻和研究守恒量是物理学的一种重要研究方法 守恒关系是自然界中十分重要的关系，通过本节课的学习，增强学生对守恒
4、关系的认识，并把这种物理思想渗透在能量学习的过程中教学重点 理解动能、势能的含义，体会能量转化、守恒的普遍存有性教学难点 培养创新水平，使学生在发现了能量转化、守恒的普遍存有性后，能意识到存有的巨大使用前景 如图所示，一个用细线悬挂的小球从A点开始摆动记住它向右能够达到的最大高度然后用一把直尺在P点挡住摆线，看一看这种情况下小球所能达到的高度 这个实验现象说明了什么?它是否说明在小球摆动的过程中某种“东西”是不变的?这种“东西”会是什么? 通过本节课的学习，同学们就能理解这个实验现象了 故事导入 新华社2000年12月31日和中央电视台2001年元月6日先后报道：在20世纪的最后几分钟里，一项
5、新的多米诺骨牌吉尼斯世界纪录，在北京颐和园体育健康城综合馆和网球馆诞生了中国、日本和韩国的62名青年学生成功地推倒了340多万张骨牌，一举打破了此前由荷兰人保持的297万张的世界纪录从电视画面可看出，骨牌瞬间依次倒下的场面蔚为壮观，其间显示的图案丰富多彩，令人惊叹其中蕴含着一定的科学道理，这就是“多米诺骨牌效应”该效应产生的能量是十分巨大的这种效应的物理道理是：骨牌竖着时，重心较高，倒下时重下降，倒下过程中，将其重力势能转化为动能，它倒在第二张牌上，这个动能的一部分就转移到第二张牌上，第二张牌将第一张牌转移来的动能和自己倒下过程中由本身具有的重力势能转化来的动能之和，再传到第三张牌上所以每张牌
6、倒下的时候，虽然有部分能量损失，但具有的动能都比前一块牌大，所以它们的速度一个比一个快，也就是说，它们依次推倒的能量一个比一个大你能够设想一下，如果牌的个数充足多，那么最后一个牌的速度将是怎样的大!场面又是何等的壮观! 故事中应用到了动能、势能及其转化今天，我们就来学习追寻守恒量这节课，学习问题中展示的能量问题，探索其中的奥秘 问题导入 “挽弓当挽强，用箭当用长；射人先射马，擒贼先擒王”这是一首杜甫的诗跳高运动员总是要充分地助跑才能取得好的成绩请同学们思考下面的问题： (1)为什么强弓就射得远?跳高运动员是以高度来计成绩的。而他舒为什么要提升自己的速度呢?难道速度和高度之间有什么联系吗? (2
7、)这体现了一种什么过程? 牛顿是经典力学的奠基人，他提出了三个定律和万有引力定律，但是他没有研究过能量(至少没有深人研究)，所以当时人类对自然的认识还很有局限但在伽利略的实验中，已鳕有了“能量”的影子 能量概念的形成和发展，始终是和能量守恒定律的建立过程紧密相连的能量守恒定裤的发现告诉我们，尽管物质世界千变万化，但这种变化不是没有规律的，基本的规律就是守恒定律这一节课我们从一个较高的角度去认识这个问题 教师指导：让一位学生朗读教材开头费恩曼的话，让学生体会能量守恒定律的重要性活动探究 课件展示l 9大屏幕投影展示伽利略理想实验的flash模拟动画 问题：1当小球沿斜面从高处由静止滚下时，小球的
8、高度不断减小，而速度不断增大，说明了什么? 2当小球从斜面底沿另一个斜面向上滚时，小球的位置不断升高，而速度不断减小，说明了什么问题? 学生观察交流、讨论并总结： 明确：1说明小球凭借其位置而具有的物理量不断减少，而由于运动而具有的物理量不断增大 2说明小球凭借位置而具有的物理量不断增加，而由于运动而具有的物理量逐渐减少 课件展示2：利用动画模拟实验，将斜面调整。引导学生观察小球的运动情况指导学生自己组织语言。描述看到的物理现象学生通过阅读并观察、讨论、总结：让小球沿一个斜面从静止开始滚下，小球将滚上另一斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度减小后一斜面的倾角，小球在这个斜面上仍达到同一高
9、度，但这时他要滚得远些若继续减小后一斜面的倾角，小球达到同一高度，但滚得更远些 教师设疑：若将后一斜面放平，小球的运动情况将是怎样? 引导学生讨论、交流，大胆猜想 参考结论：小球好像“记得”自己的起始高度，但又永远达不到原来的高度，所以将永远滚动下去 点评：教师通过动画展示，让学生感受到“有某一量是守恒的”教师逐步引导，让学生体会“守恒量”的追寻过程，进一步激发学生的探究意识和学习的欲望 二、物体的动能和势能 实验演示；演示滚摆实验和单摆实验，进一步强化，如果没有摩擦和介质阻力，物体好像“记得”自己初始的高度，即某一量是守恒的 引导学生根据以上示例，举出生活中其他关于此种现象的事例 公园里的秋
10、千，游乐园里的海盗船，乒乓球自高处落到水泥地面上后的运动，在没有摩擦和空气阻力的情况下，都能达到一定的高度这说明，将实际生活中的问题理想化后，确实存在着某一物理量是不变的 通过学生列举实例，让学生体会生活中的普遍规律 教师点评：在物理学中，我们把以上这一事实说成是“有某一量是守恒的”，并把这个量叫做能量或能 通过阅读体会，给出动能与势能的概念，体会动能与势能转化并守恒的普遍存在 教师引导学生认识，伽利略的发现今天看来就是我们学习过的能量转化与守恒的思想其中与高度有关的量，我们称为势能；与速度有关的量我们称为动能藉，到处是残木破板和人畜尸体地震海啸给人类带来的灾难是十分巨大的 试查阅有关资料，谈
11、一谈此次海啸中存在哪些能量 例：以竖直上抛的小球为例说明小球的势能和动能的转化情况在这个例子中是否存在着能的总量保持不变? 参考解析：竖直上抛运动的小球，首先由动能转化为势能，达到最高点时，动能为零，势能达到最大；在下落时，势能逐渐减小，动能遥渐增大，势能又转化为动能在小球运动过程中，小球的机械能总量保持不变 点评：本实例探究可以应用受力情况来作分析，亦可根据实际运动情况总结，紧紧抓住高度影响势能，速度影响动能这一关键进行分析 1物体由于位置高度而具有的能量叫做重力势能对于同一水平面而言，物体被举得越高、质量越大，物体具有的重力势能就越大 2物体由于运动而具有的能量叫做动能动能是由物体的质量和
12、速度共同决定的，物体运动的速度越大、质量越大，它的动能就越大 3动能和势能统称为机械能动能可以转化为势能，势能也可以转化为动能在只有重力做功时，动能和势能的相互转化过程中，总的机械能不变 1通过各种途径查找资料，了解人类对能量的研究过程 2在其他自然学科中列举出几个能量转化与守恒的实例；转化与守恒的思想(不仅仅是能量)在生产生活中的实例(例如水资源)“自然力”会互相转化，尤其是各种“自然力”都会转化为“热质”例如：通过摩擦生熟说明“活力”会转化为“热质”，“温差电”现象说明“热质”会转化为电的“自然力”，电流热效应说明电流的“自然力”会转化为“热质”，还有光电效应、光磁效应、光辐射、电化学、电
13、磁感应等现象都说明“自然力”不能从“无”到“有”，一种“自然力”的产生必定是另一种“自然力”消耗的结果，各种“自然力”会相互转化，但它们是统一的，等价的，本质是相同的于是人们用“能量”统称各种“自然力”，并指出能量并不是一种含在物质中的成分，而是依附在物质上，是物体具有的一种对外做功的能力 二、能量存在的基本形式 能量依附于物质，以物质为栽体，存在于物质的不同运动形式和相互作用中，在高中物理中能量从存在的基本形式来分可分为两大类：一类是存在于物质不同的基本运动形式中，我们可以统称为动能不同的基本运动形式具有不同形式的动能宏观物体由于机械运动而具有的机械动能，微观分子由于热运动具有的分子动能，电
14、子绕核高速运动的动能，核子运动的动能，光子运动具有的光能等，这类能量的大小也与运动有关另一类能量是存在于一些具有特殊相互作用的物体组成的系统内，这类能量都与系统内物体间相对位置有关，这类能统称位能或势能宏观物体与地球问的万有引力势能(重力势能)，微观分子间的分子势能，电荷间的电势能，核子间的核势能等这两大粪基本形式的能量组成了宇宙万物中的各种各样的能量机械运动的物体具有的机械能就是动能，重力势能与弹簧的弹性势能组成物体内能就是所有分子动能和分子势能总和；太阳能就是大量以光速运动的光子总能量；化学能就是化学物质内部原子、离子间的电势能总和；水能就是流动的水具有的动能和高处的水具有的重力势能；风能
15、就是流动空气的动能；原子能就是原子内柱子动能、核势能、电势能的总和 从更深的角度来说，能量又是物质存在的另一种形式当物质具有的能量增加时，其质量将增大能量减少时质量减小例如：铀核裂变释放能量，质量减小等等一般的能量变化引起的质量变化很微小，几乎不可测量，只有在核反应过程中能量变化巨大，质量的变化略微大些才可以测量得出第二节 功【教学目标】知识与技能1.掌握计算机械功的公式W=Fs cos ；知道在国际单位制中，功的单位是焦耳（J）；2.知道功是标量。过程与方法知道做机械功的两个不可缺少的因素，知道做功和“工作”的区别情感态度与价值观知道当力与位移方向的夹角大于90时，力对物体做负功，或说物体克服这个力做了功。
