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1、2.3 能量守恒定律本节课的设计，教材继续沿用了前几节的课程模式,先由生活中的实例引出研究问题，然后用实验加以证明，让学生接受这个物理事实接着再从理论上推导、证明,从而得出结论.这节课教材是从生活中骑自行车上坡的实例入手,引出动能和重力势能在此过程中是在互相转化的.接着通过实验来证明这个转化过程中的守恒结论最后提出了自然界中最普遍、最基本的规律之一能量转化和守恒定律机械能守恒定律是能量守恒定律的一种特例，要使学生对定律的得出、含义、合用条件有一种明确的结识,这是可以用该定律解决力学问题的基本多种不同形式的能互相转化和守恒的规律，贯穿在整个物理学中,是物理学的基本规律之一.能量守恒定律是学习多种
2、不同形式的能量转化规律的起点，也是运动学和动力学知识的进一步综合和展开的重要基本因此这一节知识是本章重要的一节.机械能守恒定律是本章教学的重点内容，本节教学的重点是使学生掌握物体系统机械能守恒的条件；可以对的分析物体系统所具有的机械能.分析物体系统所具有的机械能，特别是分析、判断物体所具有的重力势能,是本节学习的难点之一.在教学中应让学生结识到,物体重力势能大小与所选用的参照平面(零势面）有关；而重力势能的变化量是与所选用的参照平面无关的.在讨论物体系统的机械能时，应先拟定参照平面.教学重点1.理解机械能守恒定律的内容；2.在具体的问题中能鉴定机械能与否守恒,并能列出定律的数学体现式；3理解能
3、量转化和守恒定律.教学难点1.从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件;2.能对的判断研究对象在所经历的过程中机械能与否守恒教具准备自制投影片、CAI课件、重物、电磁打点计时器以及纸带、复写纸片、低压电源及两根导线、铁架台和铁夹、刻度尺、小夹子.学时安排3学时三维目的一、知识与技能1.懂得什么是机械能,懂得物体的动能和势能可以互相转化；.理解机械能守恒定律的内容;3在具体问题中,能鉴定机械能与否守恒,并能列出机械能守恒的方程式;4.理解能量守恒定律,能列举、分析生活中能量转化和守恒的例子.二、过程与措施1.初步学会从能量转化和守恒的观点解释现象、分析问题;2通过用纸带与打点计时器来验证机械
4、能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究措施.三、情感态度与价值观.通过能量守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律,并用来解决实际问题；2.通过实验验证,体会学习的快乐,激发学习的爱好;通过亲身实践,树立“实践是检查真理的唯一原则”的科学观.培养学生的观测和实践能力,培养学生实事求是的科学态度.教学过程导入新课实验演示动能与势能的互相转化教师活动：演示实验1：如下图,用细线、小球、带有标尺的铁架台等做实验.把一种小球用细线悬挂起来，把小球拉到一定高度的点，然后放开，小球在摆动过程中，重力势能和动能互相转化我们看到,小球可以摆到跟A点等高的C点，如图甲.如果用尺子在某一点挡住细线，小球
5、虽然不能摆到C点,但摆到另一侧时，也能达到跟A点相似的高度，如图乙.问题:这个小实验中,小球的受力状况如何?各个力的做功状况如何？这个小实验阐明了什么?学生活动：观测演示实验，思考问题,选出代表刊登见解小球在摆动过程中受重力和绳的拉力作用.拉力和速度方向总垂直,对小球不做功；只有重力对小球做功.实验表白,小球在摆动过程中重力势能和动能在不断转化在摆动过程中，小球总能回到本来的高度可见，重力势能和动能的总和，即机械能应当保持不变教师活动：演示实验2:如图,水平方向的弹簧振子.用弹簧振子演示动能和弹性势能的互相转化.问题：这个实验中,小球的受力状况如何?各个力的做功状况如何？这个实验阐明了什么?学
6、生活动：观测演示实验，思考问题，选出代表刊登见解小球在往复运动过程中,竖直方向上受重力和杆的支持力作用，水平方向上受弹力作用.重力、支持力和速度方向总垂直,对小球不做功;只有弹簧的弹力对小球做功.实验表白,小球在往复运动过程中弹性势能和动能在不断转化小球在往复运动过程中总能回到本来的位置，可见，弹性势能和动能的总和,即机械能应当保持不变.教师活动:总结、过渡：通过上述分析,我们得到动能和势能之间可以互相转化，那么在动能和势能的转化过程中，动能和势能的和与否真的保持不变？下面我们就用实验来摸索这个问题.推动新课一、机械能的转化和守恒的实验摸索在学生开始做实验之前，教师应强调如下几种问题:1.该实
7、验中选用被打点纸带应注意两点：一是第一点为计时起点，O点的速度应为零.如何鉴别呢？2.与否需要测量重物的质量？3.在架设打点计时器时应注意什么?为什么?4.实验时,接通电源和释放纸带的顺序如何？为什么?.测量下落高度时，某同窗觉得都必须从起始点算起，不能弄错她的见解对的吗?为了减小测量 h值的相对误差，选用的各个计数点要离起始点合适远些好，还是近些好?学生活动:思考教师的问题，讨论、交流，选出代表刊登见解.1.由于打点计时器每隔0.2 打点一次,在最初的.0 内物体下落距离应为0.002 m,因此应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近2 m的纸带进行测量；二是在纸带上所选的点就是持续相邻的点
8、,每相邻两点时间间隔t=.02 .由于不需要懂得物体在某点动能和势能的具体数值,因此不必测量物体的质量m，而只需验证就行了.3.打点计时器要竖直架稳,使其两限位孔在同一竖直平面内,以尽量减少重物带着纸带下落时所受到的阻力作用4必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才干松开纸带让重物下落.5这个同窗的见解是对的的.为了减小测量 h值的相对误差，选用的各个计数点要离起始点合适远些好.教师活动：听取学生报告，点评，协助学生解决困难学生活动:学生进行分组实验数据解决：明确本实验中要解决的问题即研究动能与重力势能的转化与守恒 在右图中,质量为m的物体从O点自由下落，以地面作零势能面,下落过程中任意两点A
9、和B的机械能分别为：, 如果忽视空气阻力，物体下落过程中如果动能的变化量等于势能的变化量，于是有E=Eb,即上式亦可写成该式左边表达物体由A到B过程中动能的增长，右边表达物体由A到B过程中重力势能的减少.如果实验证明等式成立,阐明物体重力势能的减少等于动能的增长.为了以便，可以直接从开始下落的O点至任意一点（上图中A点)来进行研究,这时应有:.式中是物体从点下落至A点的高度,vA是物体在点的瞬时速度.如何求出A点的瞬时速度A?根据做匀加速运动的物体在某一段时间t内的平均速度等于该时间中间时刻的瞬时速度可求出A点的瞬时速度vA右图是竖直纸带由下而上实际打点后的状况.从O点开始依次取点1、2、图中
10、s1、s、s3分别为2点,13点,2点各段间的距离.根据公式，t=2002 s（纸带上任意两个相邻的点间所示的时间都是0.02 s),可求出各段的平均速度.这些平均速度就等于1、2、3各点相相应的瞬时速度1、v、v3例如：量出02点间距离s，则在这段时间里的平均速度，这就是点1处的瞬时速度v1,以此类推可求出点2、处的瞬时速度v、32.如何拟定重物下落的高度？上图中1、h3分别为纸带从O点下落的高度.根据以上数值可以计算出任意点的重力势能和动能，从而验证动能与重力势能的转化和守恒.二、机械能守恒定律机械能守恒定律的推导:教师活动:多媒体展示下列物理情景在自由落体运动中机械能守恒一种质量为的物体
11、自由下落,通过高度为h1的A点(初位置)时速度为，下落到高度为2的B点(末位置）时速度为.学生活动:思考并证明如右图所示,设一种质量为m的物体自由下落,通过高度为h1的点(初位置)时速度为v1，下落到高度为h2的B点(末位置）时速度为2在自由落体运动中,物体只受重力G=m的作用，重力做正功设重力所做的功为G,则由动能定理可得上式表达，重力所做的功等于动能的增量另一方面，由重力做功与重力势能的关系懂得,WGmgh1-mgh2上式表达，重力所做的功等于重力势能的减少.由式和式可得.小结:在自由落体运动中，重力做了多少功,就有多少重力势能转化为等量的动能,移项后可得或者k+Ep1=Ek2+Ep上式表
12、达,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.【教师精讲】上述结论不仅对自由落体运动是对的的,可以证明,在只有重力做功的情形下，不管物体做直线运动还是曲线运动，上述结论都是对的的.所谓只有重力做功，是指:物体只受重力，不受其她的力，如自由落体运动和其她方向运动；或者除重力外还受其她的力,但其她力不做功，如物体沿光滑斜面的运动在只有重力做功的情形下,物体的动能和重力势能发生互相转化，但机械能的总量保持不变.这个结论叫做机械能守恒定律，它是力学中的一条重要定律,是更普遍的能量守恒定律的一种特殊状况.不仅重力势能和动能可以互相转化，弹性势能和动能也可以互相转化.放开被压缩的弹簧,可以
13、把跟它接触的小球弹出去，这时弹簧的弹力做功,弹簧的弹性势能转化为小球的动能在弹性势能和动能的互相转化中,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.【措施引导】解决某些力学问题，从能量的观点来分析,应用机械能守恒定律求解,往往比较以便.应用机械能守恒定律解决力学问题,要分析物体的受力状况.在动能和重力势能的互相转化中，如果只有重力做功,就可以应用机械能守恒定律求解.【例题剖析】(一）机械能守恒条件的判断例1下列有关机械能与否守恒的论述对的的是（）A.做匀速直线运动的物体机械能一定守恒B.做匀变速直线运动的物体的机械能也许守恒C合外力对物体做功为零时，机械能一定守恒D.只有重力对
14、物体做功，物体机械能一定守恒解析：.做匀速直线运动的物体,除了重力做功外，也许尚有其她力做功，如降落伞在空中匀速下降时，除了重力做功外，空气阻力也对降落伞做功,因此机械能不守恒，不选.B.做匀变速直线运动的物体也许只受重力且只有重力做功，如自由落体运动，物体机械能守恒,应选.如降落伞在空中匀速下降时合外力为零,合外力对物体做功为零,除重力做功外,空气阻力也做功，因此机械能不守恒，不选.D.符合机械能守恒的条件,应选.可见，对物体进行受力分析,拟定各力做功状况是鉴定机械能与否守恒的一般程序例如图所示，斜面体置于光滑水平地面上,其光滑斜面上有一物体由静止沿斜面下滑,在物体下滑过程中，下列说法对的的
15、是( ）A.物体的重力势能减少，动能增大B.物体的重力势能完全转化为物体的动能C.物体的机械能减少D.物体和斜面体构成的系统机械能守恒解析:由于斜面体放在光滑斜面上,当物体沿斜面下滑时,物体实际位移方向和物体所受支持力的方向不垂直,因此支持力对物体做了功（负功）,物体的机械能不守恒，物体的机械能减少了，物体对斜面体的压力对斜面体做了功（正功），斜面体的机械能增长了,斜面体的机械能也不守恒.对物体和斜面体构成的系统，斜面体和物体之间的弹力是内力,对系统做功的代数和为零,即不消耗机械能.在物体和斜面体的运动过程中只有重力做功,因此系统的机械能守恒.物体在下滑过程中重力势能减少，一部分转化为物体的动能,另一部分则转化为斜面体的动能.因此本题选AD(二）机械能守恒定律的应用例3 一种物体从光滑斜面顶端由静止开始滑下（如图）,斜面高1,长 m.不计空气阻力，物体滑到斜面底端的速度是多大?
