第七章機(jī)械能守恒定律本章設(shè)計(jì)在具備了運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué)問來解決力學(xué)問題的基礎(chǔ)上,物理問題的爭辯開頭由力的觀點(diǎn)向能的觀點(diǎn)進(jìn)展和深化引入功和能(動(dòng)能、勢能)等重要物理量和動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律等重要規(guī)律.在應(yīng)用時(shí),不僅省略了對(duì)物理過程的分析和運(yùn)算,而且從更高的角度駕馭物理情景,為我們解決力學(xué)問題開拓了新的途徑.守恒關(guān)系是自然界中格外重要的關(guān)系,通過“追尋守恒量”的學(xué)習(xí),加強(qiáng)同學(xué)對(duì)守恒關(guān)系的生疏,并把這種思想滲透在能量學(xué)習(xí)的全過程.在教學(xué)中,通過“功和能”的學(xué)習(xí),培育同學(xué)的科學(xué)思路和爭辯方法,強(qiáng)化同學(xué)的規(guī)律思維力量.在探究彈性勢能的試驗(yàn)中,啟迪同學(xué)通過自主探究,變未知為已知.鼓舞同學(xué)調(diào)查自己四周常見的各種機(jī)械,了解其功率,探討功率的影響因素,加深對(duì)功率這一常見概念的生疏、理解.本章的重點(diǎn)是正確理解功和能的概念和把握功能關(guān)系.因此,逐步加深理解功和能的概念以及功能關(guān)系是學(xué)習(xí)本章的基本線索.本章的難點(diǎn)是變力的功,以及動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律的正確應(yīng)用.在學(xué)習(xí)功的概念時(shí),要留意區(qū)分物體的位移和力的方向上的位移.學(xué)習(xí)動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律時(shí),要抓住功能關(guān)系這一主線,從中體會(huì)功與能的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移.全章共10節(jié),建議用12課時(shí).各節(jié)課時(shí)建議支配如下：1追尋守恒量1課時(shí)2功1課時(shí)3功率2課時(shí)4重力勢能1課時(shí)5探究彈性勢能的表達(dá)式1課時(shí)6試驗(yàn):探究功與速度變化的關(guān)系1課時(shí)7動(dòng)能和動(dòng)能定理2課時(shí)8機(jī)械能守恒定律1課時(shí)9試驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1課時(shí)10能量守恒定律與能源1課時(shí)1追尋守恒量整體設(shè)計(jì)功和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系不僅為解決力學(xué)問題開拓了一條新的重要途徑,同時(shí)它也是分析解決電磁學(xué)、熱學(xué)等領(lǐng)域中問題的重要依據(jù).但是同學(xué)在能量概念的建立上沒有概念基礎(chǔ),所以教材在第一節(jié)設(shè)立追尋守恒量,旨在讓同學(xué)對(duì)能量能夠有清楚的生疏.教材從有名物理學(xué)家的理論動(dòng)身,呈現(xiàn)伽利略的斜面試驗(yàn),逐步引導(dǎo)能量的概念建立.繼而利用生活中的實(shí)例,給出勢能和動(dòng)能的概念.教材具體說明白引入能量概念的必要性.在實(shí)際教學(xué)中,逐步滲透物理學(xué)家爭辯待生疏問題的方法:設(shè)法找出所爭辯現(xiàn)象是否存在物理量守恒的狀況,一旦發(fā)覺某種物理量守恒,就首先用以整理過去的閱歷和學(xué)問并總結(jié)成定律,然后在新的現(xiàn)象或事例中對(duì)總結(jié)出的守恒定律進(jìn)行檢驗(yàn),假如定律得以證明就可以借助它解決問題,甚至作出新的預(yù)見,追尋和爭辯守恒量是物理學(xué)的一種重要爭辯方法.守恒關(guān)系是自然界中格外重要的關(guān)系,通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),加強(qiáng)同學(xué)對(duì)守恒關(guān)系的生疏,并把這種物理思想滲透在能量學(xué)習(xí)的過程中.教學(xué)重點(diǎn)理解動(dòng)能、勢能的含義,體會(huì)能量轉(zhuǎn)化、守恒的普遍存在性.教學(xué)難點(diǎn)培育創(chuàng)新力量,使同學(xué)在發(fā)覺了能量轉(zhuǎn)化、守恒的普遍存在性后,能意識(shí)到存在的巨大使用前景.課時(shí)支配1課時(shí)三維目標(biāo)學(xué)問與技能1.理解動(dòng)能、勢能及能量的概念與意義.2.能獨(dú)立分析伽利略抱負(fù)斜面試驗(yàn)的能量轉(zhuǎn)換和守恒關(guān)系.3.能列舉不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化并守恒的實(shí)例.過程與方法1.體會(huì)伽利略分析問題的精妙,學(xué)習(xí)分析事物本質(zhì)的方法.2.在列舉事例過程中體會(huì)費(fèi)恩曼所說話的深刻內(nèi)涵,體會(huì)轉(zhuǎn)化與守恒的普遍性.情感態(tài)度與價(jià)值觀1.通過動(dòng)能、勢能間的相互轉(zhuǎn)化來爭辯生活中的物體的運(yùn)動(dòng),培育寵愛生活的情趣.2.通過“追尋守恒量”,使同學(xué)了解守恒思想的重要性,初步樹立能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點(diǎn),學(xué)會(huì)從物理現(xiàn)象中探求事物本質(zhì)的科學(xué)態(tài)度和爭辯方法.3.通過學(xué)習(xí),要擅長把實(shí)際問題抱負(fù)化.課前預(yù)備多媒體課件、學(xué)案、滾擺、單擺.教學(xué)過程導(dǎo)入新課試驗(yàn)導(dǎo)入如圖所示,一個(gè)用細(xì)線懸掛的小球從A點(diǎn)開頭搖擺.記住它向右能夠達(dá)到的最大高度.然后用一把直尺在P點(diǎn)攔住擺線,看一看這種狀況下小球所能達(dá)到的高度.這個(gè)試驗(yàn)現(xiàn)象說明白什么?它是否說明在小球搖擺的過程中某種“東西”是不變的?這種“東西”會(huì)是什么?通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),同學(xué)們就能理解這一試驗(yàn)現(xiàn)象了.故事導(dǎo)入新華社2000年12月31日和中心電視臺(tái)2001年元月6日先后報(bào)道：在20世紀(jì)的最終幾分鐘里，一項(xiàng)新的多米諾骨牌吉尼斯世界紀(jì)錄，在北京頤和園體育健康城綜合館和網(wǎng)球館誕生了.中國、日本和韓國的62名青年同學(xué)成功地推倒了340多萬張骨牌，一舉打破了此前由荷蘭人保持的297萬張的世界紀(jì)錄.從電視畫面可看出，骨牌瞬間依次倒下的場面蔚為壯麗，其間顯示的圖案豐富多彩，令人贊美.其中蘊(yùn)含著肯定的科學(xué)道理,這就是“多米諾骨牌效應(yīng)”.該效應(yīng)產(chǎn)生的能量是格外巨大的.這種效應(yīng)的物理道理是：骨牌豎著時(shí)，重心較高，倒下時(shí)重心下降，倒下過程中，將其重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，它倒在其次張牌上，這個(gè)動(dòng)能的一部分就轉(zhuǎn)移到其次張牌上，其次張牌將第一張牌轉(zhuǎn)移來的動(dòng)能和自己倒下過程中由本身具有的重力勢能轉(zhuǎn)化來的動(dòng)能之和，再傳到第三張牌上……所以每張牌倒下的時(shí)候，雖然有部分能量損失，但具有的動(dòng)能都比前一塊牌大，因此它們的速度一個(gè)比一個(gè)快，也就是說，它們依次推倒的能量一個(gè)比一個(gè)大.你可以設(shè)想一下,假如牌的個(gè)數(shù)足夠多,那么最終一個(gè)牌的速度將是怎樣的大！場面又是何等的壯麗!故事中應(yīng)用到了動(dòng)能、勢能及其轉(zhuǎn)化.今日,我們就來學(xué)習(xí)追尋守恒量這節(jié)課,學(xué)習(xí)問題中呈現(xiàn)的能量問題,探究其中的奇特.問題導(dǎo)入“挽弓當(dāng)挽強(qiáng),用箭當(dāng)用長;射人先射馬,擒賊先擒王.”這是一首杜甫的詩.跳高運(yùn)動(dòng)員總是要充分地助跑才能取得好的成果.請(qǐng)同學(xué)們思考下面的問題:(1)為什么強(qiáng)弓就射得遠(yuǎn)?跳高運(yùn)動(dòng)員是以高度來計(jì)成果的,而他們?yōu)槭裁匆岣咦约旱乃俣饶?莫非速度和高度之間有什么聯(lián)系嗎?(2)這體現(xiàn)了一種什么過程?推動(dòng)新課一、伽利略斜面試驗(yàn)牛頓是經(jīng)典力學(xué)的奠基人,他提出了三個(gè)定律和萬有引力定律,但是他沒有爭辯過能量(至少?zèng)]有深化爭辯),所以當(dāng)時(shí)人類對(duì)自然的生疏還很有局限.但在伽利略的試驗(yàn)中,已經(jīng)有了“能量”的影子.能量概念的形成和進(jìn)展,始終是和能量守恒定律的建立過程緊密相連的.能量守恒定律的發(fā)覺告知我們,盡管物質(zhì)世界千變?nèi)f化,但這種變化不是沒有規(guī)律的,基本的規(guī)律就是守恒定律.這一節(jié)課我們從一個(gè)較高的角度去生疏這個(gè)問題.老師指導(dǎo):讓一位同學(xué)朗讀教材開頭費(fèi)恩曼的話,讓同學(xué)體會(huì)能量守恒定律的重要性.活動(dòng)探究課件呈現(xiàn)1:大屏幕投影呈現(xiàn)伽利略抱負(fù)試驗(yàn)的flash模擬動(dòng)畫.問題:1.當(dāng)小球沿斜面從高處由靜止?jié)L下時(shí),小球的高度不斷減小,而速度不斷增大,說明白什么?2.當(dāng)小球從斜面底沿另一個(gè)斜面對(duì)上滾時(shí),小球的位置不斷上升,而速度不斷減小,說明白什么問題?同學(xué)觀看溝通、爭辯并總結(jié):明確：1.說明小球憑借其位置而具有的物理量不斷削減,而由于運(yùn)動(dòng)而具有的物理量不斷增大.2.說明小球憑借位置而具有的物理量不斷增加,而由于運(yùn)動(dòng)而具有的物理量漸漸削減.課件呈現(xiàn)2：利用動(dòng)畫模擬試驗(yàn),將斜面調(diào)整,引導(dǎo)同學(xué)觀看小球的運(yùn)動(dòng)狀況.指導(dǎo)同學(xué)自己組織語言,描述看到的物理現(xiàn)象.同學(xué)通過閱讀并觀看、爭辯、總結(jié):讓小球沿一個(gè)斜面從靜止開頭滾下,小球?qū)L上另一斜面,假如沒有摩擦,小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨?減小后一斜面的傾角,小球在這個(gè)斜面上仍達(dá)到同一高度,但這時(shí)他要滾得遠(yuǎn)些.若連續(xù)減小后一斜面的傾角,小球達(dá)到同一高度,但滾得更遠(yuǎn)些.老師設(shè)疑：若將后一斜面放平,小球的運(yùn)動(dòng)狀況將是怎樣?引導(dǎo)同學(xué)爭辯、溝通,大膽猜想.參考結(jié)論：小球好像“記得”自己的起始高度,但又永久達(dá)不到原來的高度,所以將永久滾動(dòng)下去.點(diǎn)評(píng)：老師通過動(dòng)畫呈現(xiàn),讓同學(xué)感受到“有某一量是守恒的”.老師逐步引導(dǎo),讓同學(xué)體會(huì)“守恒量”的追尋過程,進(jìn)一步激發(fā)同學(xué)的探究意識(shí)和學(xué)習(xí)的欲望.二、物體的動(dòng)能和勢能試驗(yàn)演示：演示滾擺試驗(yàn)和單擺試驗(yàn),進(jìn)一步強(qiáng)化,假如沒有摩擦和介質(zhì)阻力,物體好像“記得”自己初始的高度,即某一量是守恒的.引導(dǎo)同學(xué)依據(jù)以上示例,舉誕生活中其他關(guān)于此種現(xiàn)象的事例.公園里的秋千,游樂園里的海盜船,乒乓球自高處落到水泥地面上后的運(yùn)動(dòng),在沒有摩擦和空氣阻力的狀況下,都能達(dá)到肯定的高度.這說明,將實(shí)際生活中的問題抱負(fù)化后,的確存在著某一物理量是不變的.通過同學(xué)列舉實(shí)例,讓同學(xué)體會(huì)生活中的普遍規(guī)律.老師點(diǎn)評(píng)：在物理學(xué)中,我們把以上這一事實(shí)說成是“有某一量是守恒的”,并把這個(gè)量叫做能量或能.通過閱讀體會(huì),給出動(dòng)能與勢能的概念,體會(huì)動(dòng)能與勢能轉(zhuǎn)化并守恒的普遍存在.老師引導(dǎo)同學(xué)生疏,伽利略的發(fā)覺今日看來就是我們學(xué)習(xí)過的能量轉(zhuǎn)化與守恒的思想.其中與高度有關(guān)的量,我們稱為勢能;與速度有關(guān)的量我們稱為動(dòng)能.課件呈現(xiàn)實(shí)例,指導(dǎo)同學(xué)分析物體動(dòng)能和勢能之間的轉(zhuǎn)化狀況.滾擺1.視頻呈現(xiàn):秋千與海盜船.2.視頻呈現(xiàn):滾擺與落下的乒乓球.同學(xué)具體分析:爭辯總結(jié)并由代表發(fā)言.階段小結(jié):1.能量:“有某一量是守恒的”,這個(gè)量叫做能量或能.2.勢能:相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫做勢能.3.動(dòng)能:物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫做動(dòng)能.視野拓展2004年12月26日，國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間00：58：50，一股壓抑許久的“怒氣”從印度洋深處狂躁地迸發(fā)而出，里氏9.0級(jí)(美國地震局測定)地震劈開四周的海水,形成一道道相距百十公里的弧形水幕，以每小時(shí)800公里的起始速度排山倒海般向四周襲去……巨浪咆哮，以摧枯拉朽之勢，越過海岸線,越過田野，迅猛地攻擊著岸邊的城市和村莊，瞬時(shí)人們都消逝在巨浪之中.港口全部設(shè)施、被震塌的建筑物，在狂濤的洗劫下，被席卷一空.事后，海灘上一片狼藉，處處是殘木破板和人畜尸體.地震海嘯給人類帶來的災(zāi)難是格外巨大的……試查閱有關(guān)資料，談一談此次海嘯中存在哪些能量.例以豎直上拋的小球?yàn)槔f明小球的勢能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)化狀況.在這個(gè)例子中是否存在著能的總量保持不變?參考解析：豎直上拋運(yùn)動(dòng)的小球,首先由動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢能,達(dá)到最高點(diǎn)時(shí),動(dòng)能為零,勢能達(dá)到最大;在下落時(shí),勢能漸漸減小,動(dòng)能漸漸增大,勢能又轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.在小球運(yùn)動(dòng)過程中,小球的機(jī)械能總量保持不變.點(diǎn)評(píng)：本實(shí)例探究可以應(yīng)用受力狀況來作分析,亦可依據(jù)實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀況總結(jié),緊緊抓住高度影響勢能,速度影響動(dòng)能這一關(guān)鍵進(jìn)行分析.課堂訓(xùn)練如圖所示,一根不行伸長的細(xì)繩拴著一個(gè)小球在豎直平面內(nèi)搖擺,圖中a、b、c三點(diǎn)分別表示小球搖擺過程中的三個(gè)不同位置,其中a、c等高.在小球搖擺的整個(gè)過程中,動(dòng)能最大時(shí)是在_______點(diǎn),在_________點(diǎn)勢能最大;假如沒有空氣阻力的影響,小球在a點(diǎn)的動(dòng)能________(填“大于”“等于”或“小于”)在c點(diǎn)的動(dòng)能.解析：在小球來回?fù)u擺時(shí),動(dòng)能與勢能不停地相互轉(zhuǎn)化但總量不變.在a、c兩點(diǎn)時(shí)位置最高,勢能最大,速度為零,動(dòng)能為零.在b點(diǎn)時(shí)位置最低,勢能最小,速度最大,動(dòng)能最大.答案：ba、c等于方法總結(jié)：在某一過程中,若僅涉及動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化,若能推斷出其中一種能量正在減小或增大,則另一種能量肯定正做相反變化,且一種能量為零時(shí),另一種能量達(dá)到最大值.課堂小結(jié)1.物體由于位置高度而具有的能量叫做重力勢能.對(duì)于同一水平面而言,物體被舉得越高、質(zhì)量越大,物體具有的重力勢能就越大.2.物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫做動(dòng)能.動(dòng)能是由物體的質(zhì)量和速度共同打算的,物體運(yùn)動(dòng)的速度越大、質(zhì)量越大,它的動(dòng)能就越大.3.動(dòng)能和勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能.動(dòng)能可以轉(zhuǎn)化為勢能,勢能也可以轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.在只有重力做功時(shí),動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化過程中,總的機(jī)械能不變.布置作業(yè)1.通過各種途徑查找資料,了解人類對(duì)能量的爭辯過程.2.在其他自然學(xué)科中列舉出幾個(gè)能量轉(zhuǎn)化與守恒的實(shí)例;轉(zhuǎn)化與守恒的思想(不僅僅是能量)在生產(chǎn)生活中的實(shí)例.(例如水資源)板書設(shè)計(jì)1追尋守恒量一、伽利略斜面試驗(yàn)二、物體的動(dòng)能和勢能1.勢能:相互作用的物體憑借其位置而具有的能量2.動(dòng)能:物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量三、追尋守恒量的意義活動(dòng)與探究課題:能量的應(yīng)用.內(nèi)容:古代戰(zhàn)斗中常用滾木和檑石作為武器來阻擋敵人的進(jìn)攻,你能利用所學(xué)的學(xué)問說明其中的科學(xué)道理嗎?這種戰(zhàn)術(shù)適用于哪種狀況?怎樣才能使殺傷力更大?為什么?方法:利用動(dòng)能與勢能的轉(zhuǎn)化思想.參考答案：滾木和檑石的重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,利用其動(dòng)能來殺傷敵人;這種戰(zhàn)術(shù)適用于居高防守;提高其高度、增大其質(zhì)量才能有更大的殺傷力.習(xí)題詳解解答