《追尋守恒量——能量》教案【教材分析】第七章《機械能守恒定律》的第一節(jié)安排了題為“追尋守恒量”的內容；從內容性質來看，本節(jié)內容側重于兩點，其一，對學生觀念性的教育，即讓學生了解守恒思想的重要性，加強對守恒規(guī)律的認識，其二，對學生方法的教育，即希望學生通過追尋能量守恒的過程，學習用這種觀點認識和處理其他的守恒關系?！緦W情分析】在學習“追尋守恒量”之前，學生通過初中的學習，已經知道能量有各種形式，也初步學習了動能、勢能和機械能的概念，這為本節(jié)相關問題的探究時直接引用動能、勢能概念奠定了基礎；然而，經過高中前六章物理內容的學習，學生目前對自然界中所蘊含“因果規(guī)律”比較熟悉，而對自然界中的“守恒規(guī)律”較為陌生?！窘虒W設計思想】針對教材分析和學情分析，本節(jié)課教學設計思想：首先介紹能量守恒規(guī)律被發(fā)現(xiàn)的物理學史，其次對追尋守恒量的重要性進行分析，最后是舉例分析追尋守恒量中的相應操作要點?！救S目標】知識與技能：1.了解能量守恒定律被發(fā)現(xiàn)的物理學歷史；2.了解動能和勢能的概念；3.知道能量守恒是自然界中的一個重要規(guī)律。過程與方法：通過分析追尋能量守恒的案例，掌握追尋守恒量過程中的操作要點。情感態(tài)度和價值觀：1.初步樹立變中有恒、恒中有變的辨證唯物主義觀點；2.體驗科學家在探究能量守恒過程中堅持不懈，孜孜以求的精神?！窘滩闹仉y點】教學重點：認識追尋守恒量的重要性；體會追尋守恒量過程中的操作要點。教學難點：在追尋守恒量中發(fā)現(xiàn)“此消彼長”的現(xiàn)象，進而揭示不變量?！窘虒W過程】環(huán)節(jié)一復習舊知,導入新課利用多媒體課件在屏幕上投影牛頓及《自然哲學的數(shù)學原理》的圖片,教師總結牛頓的工作，并引用蒲柏的詩句,贊頌牛頓的偉大貢獻。自然和自然的法則在黑夜中隱藏；上帝說，讓牛頓去吧！于是一切都被照亮。教師引用牛頓的名言，提醒學生注意，科學的海洋是沒有邊界的，介紹自然界中除了“因果規(guī)律”外還存在“守恒規(guī)律”。我不知道世人怎樣看我，但我自己以為我不過像一個在海邊玩耍的孩子，不時為發(fā)現(xiàn)比尋常更為美麗的一塊卵石或一片貝殼而沾沾自喜，而對于真理的汪洋大海，我還一無所知。教師引導：守恒定律這塊色彩斑斕的貝殼被牛頓給遺忘了，而是時隔100多年以后，被后期的物理學家發(fā)現(xiàn)。接下來，我們就一起體驗守恒規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程。學習第一節(jié)內容：追尋守恒量—能量。（板書：追尋守恒量—能量課題）環(huán)節(jié)二追尋守恒量過渡語：在整個物理的發(fā)展過程中，科學家關于守恒量的追尋經歷了三個階段。1.守恒思想的萌芽階段（1）教師展示古希臘哲學家德謨克利特的名言，提出守恒思想最早萌芽于哲學觀點之中。運動只會從一個物體向另一個物體轉移，但絕不會消滅。（2）教師繼續(xù)展示伽利略的單擺實驗（如圖），通過描述單擺運動過程中的等高性，指出伽利略時期，守恒思想就已經在力學領域有所體現(xiàn)。（3）教師展示荷蘭物理學家斯蒂芬的永動機圖片（如圖），并通過介紹永動機的失敗，反面揭示守恒規(guī)律的存在。教師：守恒規(guī)律正是從這樣的科學背景和哲學思想下開始萌芽的，然而時間一直持續(xù)到19世紀30年代，守恒定律都沒有被明確的提出來，因為它在等待一個時機，這個時機就是工業(yè)革命給人們帶來的思考。時機—工業(yè)革命帶來的思考教師：工業(yè)革命時期的一個重要問題，即如何提高蒸汽機的效率，加速了守恒定律的發(fā)現(xiàn)。并引入恩格斯的名言說明社會需要對科學的促進作用。社會一旦有技術上的需要，這種需要就會比十所大學更能把科學推向前進。3.能量守恒定律的誕生教師介紹兩位科學家的工作，即邁爾和焦耳的研究工作。環(huán)節(jié)三追尋守恒量的必要性教師提問:追尋守恒量有沒有必要？教師將“因果規(guī)律”和“守恒規(guī)律”進行對比，以求在形式上反映守恒規(guī)律更加簡潔。并引入勞厄的名言，指出“守恒規(guī)律”的重要性。物理學的任務就是發(fā)現(xiàn)普遍的自然規(guī)律。因為這樣的規(guī)律的最簡單的形式之一表現(xiàn)為某個物理量的不變性，所以對于守恒量的尋求不僅是合理的，也是極為重要的研究方向。環(huán)節(jié)四追尋守恒量的案例展示教師和學生一起在單擺實驗中（如圖），追尋小球運動過程中的守恒量。教師引導學生從以下步驟入手對運動過程的描述對運動過程的研究將不同的量進行轉化要點1：在第一個階段中，對運動的描述要盡量的精確；要點2：研究過程中應該發(fā)現(xiàn)此消彼長的規(guī)律；要點3：對消和長進行量化的比較，找住守恒量。教師提問：小球運動中，能量守恒嗎？學生思考并作出回答。（要點：由于空氣阻力的影響，所以不守恒）教師總結：在追尋守恒量的過程中應當注意條件。教師提問：除了已知的守恒外是否存在另一種守恒量？希望同學們以后去追尋。合格考達標練1.將一個物體由A移至B,重力做功()A.與運動過程中是否存在阻力有關B.與物體沿直線或曲線運動有關C.與物體是做加速、減速或勻速運動有關D.與物體初、末位置高度差有關]答案D解析將物體由A移至B,重力做功只與物體初、末位置高度差有關,A、B、C錯誤,D正確。2.(山東安丘月考)質量為m的足球在地面1位置被踢出后落到3位置,以下說法正確的是()A.由1到3的過程中,足球的重力勢能始終不變,重力始終不做功B.足球的重力勢能先減小后增加,總的變化量為0,重力先做負功,后做正功,總功為零C.足球的重力勢能先增大后減小,總的變化量為0,重力先做正功,后做負功,總功為零D.足球的重力勢能先增大后減小,總的變化量為0,重力先做負功,后做正功,總功為零答案D解析位置1到位置2,足球向高處運動,重力勢能增加,重力做負功;位置2到位置3,足球向低處運動,重力勢能減小,重力做正功,選項D正確。3.一實心鐵球和一實心木球質量相等,將它們放在同一水平面上,下列結論正確的是()A.鐵球的重力勢能大于木球的重力勢能B.鐵球的重力勢能等于木球的重力勢能C.鐵球的重力勢能小于木球的重力勢能D.上述三種情況都有可能答案C解析由于鐵球和木球的密度不同,所以質量相等的鐵球和木球比較,木球的體積較大,放在同一水平地面上時,木球的重心高,因此木球的重力勢能大于鐵球的重力勢能,選項C正確。4.(湖南婁底期中)如圖所示,質量為m的跳高運動員先后以背越式和跨越式兩種跳高方式跳過某一高度,該高度比他起跳時的重心高出h,則他從起跳后至越過橫桿的過程中克服重力所做的功()A.都必須大于mghB.都不一定大于mghC.用背越式不一定大于mgh,用跨越式必定大于mghD.用背越式必須大于mgh,用跨越式不一定大于mgh答案C解析從圖中看出,采用背越式越過橫桿時,運動員的重心可能在橫桿的下方,運動員克服重力所做的功不一定大于mgh;而采用跨越式跨過橫桿時,運動員的重心一定在橫桿之上,運動員克服重力所做的功必定大于mgh,故C正確,A、B、D錯誤。5.如圖,一質量為m,長度為l的均勻柔軟細繩PQ豎直懸掛。用外力將繩的下端Q緩慢地豎直向上拉起至M點,M點與繩的上端P相距13l。重力加速度大小為g。在此過程中,外力做的功為(A.19mgl B.16C.13mgl D.1答案A解析根據(jù)題意,此過程中外力做的功等于細繩增加的重力勢能,MQ的下半部分質量為m3的重心升高了l3,故增加的重力勢能為ΔEp=mg3×l3=196.蹦蹦桿的主要結構是在一硬直桿上套一勁度系數(shù)較大的彈簧,彈簧的下端與直桿的下端固定而彈簧的上端固定一踩踏板。如圖所示,小明正在玩蹦蹦桿。在小明將蹦蹦桿中的彈簧向下壓縮的過程中,小明的重力勢能、彈簧的彈性勢能的變化情況是()A.重力勢能減小,彈性勢能增大B.重力勢能增大,彈性勢能減小C.重力勢能減小,彈性勢能減小D.重力勢能不變,彈性勢能增大答案A解析在小明將蹦蹦桿中的彈簧向下壓縮的過程中,重力做正功,小明的重力勢能減小,彈簧的形變量增大,其彈性勢能增大,選項A正確。7.質量為m的木球從離水面高度為h處由靜止釋放,落入水中后,在水中運動的最大深度是h',最終木球停止在水面上,若木球在水中運動時,受到因運動而產生的阻力恒為Ff。求:(1)木球釋放后的全部運動過程重力做的功是多少?(2)木球的重力勢能變化了多少?答案(1)mgh(2)減少了mgh解析因為重力做功與路徑無關,只與過程初、末狀態(tài)的高度有關,所以全過程盡管木球在水下做了往復運動,但所做的功由h的大小決定,即WG=mgh,木球的重力勢能減少了mgh。8.吊車以g4的加速度將質量為m的物體勻減速地沿豎直方向提升高度h,不計空氣阻力,重力加速度為g(1)吊車鋼索的拉力對物體做的功為多少?(2)重力做的功為多少?(3)物體的重力勢能變化了多少?答案(1)34mgh(2)-mgh(3)增加了解析(1)設吊車鋼索對物體的拉力為F,物體的加速度a=g4,方向豎直向下,由牛頓第二定律得mg-F=ma故F=mg-ma=34mg方向豎直向上,所以拉力做的功W=Fh=34mgh(2)物體被提升高度為h,重力做的功WG=-mgh。(3)由于ΔEp=-WG=mgh,故物體的重力勢能增加了mgh。等級考提升練9.(江蘇南通期中)如圖所示,質量相等的兩木塊中間連有一豎直彈簧,現(xiàn)用力緩慢向上提A,直到B恰好離開地面。開始時木塊A靜止在彈簧上面,設開始時彈簧的彈性勢能為Ep1,B剛要離開地面時,彈簧的彈性勢能為Ep2,則關于Ep1、Ep2的大小關系及彈性勢能的變化ΔEp,下列說法正確的是()A.Ep1=Ep2 B.Ep1>Ep2C.ΔEp>0 D.ΔEp<0答案A解析對于確定的彈簧,其彈性勢能的大小只與形變量有關。設開始時彈簧的形變量為x1,有kx1=mg;設B剛要離開地面時彈簧的形變量為x2,有kx2=mg?？芍獂1=x2,所以Ep1=Ep2,ΔEp=0,A正確,B、C、D錯誤。10.如圖所示,質量為60kg的某運動員在做俯臥撐運動,運動過程中可將她的身體視為一根直棒。已知重心在c點,其垂線與腳、兩手連線中點間的距離Oa、Ob分別為0.9m和0.6m。若她在1min內做了30個俯臥撐,每次肩部上升的距離均為0.4m,則克服重力做的功和相應的功率約為()A.430J,7W B.4300J,70WC.720J,12W D.7200J,120W答案B解析設每次俯臥撐中,運動員重心變化的高度為h,由幾何關系可得,?0.4m=0.9m0.9m+0.6m,即h=0.24m。一次俯臥撐中,克服重力做功W=mgh=60×9.8×0.24J=141.12J,所以1min內克服重力做的總功為W總=NW=4233.6J,11.(多選)圖甲是玩家玩“蹦極”游戲的圖片,玩家將一根長為AB的彈性繩子的一端系在身上,另一端固定在跳臺,然后從跳臺跳下,圖乙是玩家到達最低點時的情況,其中AB為彈性繩子的原長,C點是彈力等于重力的位置,D點是玩家所到達的最低點,對于玩家離開跳臺至最低點的過程中,下列說法正確的是()A.重力對玩家一直做正功B.玩家的重力勢能一直減少C.玩家通過B點之后,繩子具有彈性勢能D.從A到D,彈性繩子的彈性勢能一直增加答案ABC解析整個過程中,重力一直做正功,玩家的重力勢能一直減少,選項A、B正確;玩家從高空落下到彈性繩子達到原長過程中,彈性繩子不做功,通過B點之后彈性繩子一直做負功,彈性勢能一直增加,選項C正確,D錯誤。12.起跳摸高是某些體能測試的項目之一。某考生身高1.80m,質量70kg,他站立舉臂,手指摸到的高度為2.10m。在一次摸高測試中,如果他先下蹲,再用力蹬地向上跳起,同時舉臂,離地后手指摸到的高度為2.55m,如圖所示,g取10m/s2,該考生跳起后增加的重力勢能為()A.1260J B.1470JC.315J D.1785J答案C解析該考生跳起后重心升高的高度Δh=2.55m-2.10m=0.45m,該考生跳起后增加的重力勢能ΔEp=mgΔh=70×10×0.45J=315J,C正確。13.如圖所示,一條長l=2m、質量分布均勻的鐵鏈放在水平地面上,鐵鏈質量為10kg,拿住一端提起鐵鏈直到鐵鏈全部離開地面的瞬間,克服鐵鏈重力做功為多少?鐵鏈的重力勢能變化了多少?(重力加速度g取9.8m/s2)答案98J增加了98J解析鐵鏈從初狀態(tài)到末狀態(tài),它的重心位置提高了h=l2,因而克服鐵鏈重力所做的功為W=mg·l2=10×9.8×22J=98J,鐵鏈的重力勢能增加了9814.彈簧原長l0=15cm,受拉力作用后彈簧逐漸伸長,當彈簧伸