机械能教材分析

《机械能》教材分析本章概述功和能的概念是物理学中的基本概念，它和机械能守恒定律是学习各种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。本章概述功和能量的转化关系不仅为解决力学问题开辟了一条重要道路，同时也是分析解决电磁学、热学等现象的重要依据。解决力学问题，从能量的观点入手分析，可以不涉及整个过程作用的细节，只涉及起始状态和终了状态。既避免了直接应用牛顿定律所遇到的困难，同时也简化了解决问题的步骤。本章概述本章的叙述特点1.逐步加深理解功和能的概念及功能关系2.在讲解功、功率、动能、重力势能、机械能守恒定律时都充分考察了初中学过的知识，并在此基础上定量展开。3.在介绍有关知识时，注意知识的扩展，把知识讲活，如讲功的计算时，介绍了物体在变力作用下做功的思路;讲解动能定理时，指出不论是恒力还是变力，也不论物体是否做直线运动，动能定理都成立等。知识与能力1、理解功是能量变化的量度(举例），理解功和功率。生产生活中常见机械功率的大小及意义。（例：分析力与移动方向不在一直线时力的功）（例：分析功率一定时，牵引力与速度的关系）2、理解重力势能。重力做功与重力势能变化的关系。探究弹性势能的影响因素。三维教学目标3、通过实验探究恒力功与物体动能变化的关系，理解动能定理。（例：用打点计时器或光电计时器探究恒力功与物体动能变化的关系，从牛顿第二定律导出动能定理）4、理解机械能守恒定律，验证机械能守恒定律。5、能量守恒及能源（例：评价核能的好处和问题）过程与方法1、通过探究活动进一步了解微元法、图象法等方法，打点计时器的使用及纸带处理的方法。2、通过物理概念的建立过程学习物理研究的方法3、培养学生用能量思想分析问题及解决问题的方法，并比较与动力学方法的优劣。情感、态度与价值观1、通过理论及实验等探究活动培养学生学习物理的兴趣。理论联系实际，体验生活中的物理2、通过日常生活及社会实践活动，认识能源对人类发展的重要作用。会考要求功（B）；功率（B）；动能（B）;动能定理（C）重力势能，重力做功与重力势能改变的关系（B）弹性势能（A）动能和势能的相互转化、机械能守恒定律（B）本章教材的地位1、牛顿定律的延续和深入课本通过引入功和能的概念及功和能之间的关系，在牛顿运动定律和运动学的基础上，得出动能、重力势能的表达式以及动能定理、机械能守恒定律两个重要规律。本章教材的地位2、高中物理的基础之一解决力学问题，特别是比较复杂的曲线运动和一些非匀变速运动问题用能量的观点来分析，往往会带来方便，是牛顿定律所不能取代的。能量的思想是整个高中物理的基础单元划分第一单元：功和功率第二单元：功和能，动能、动能定理和重力势能第三单元：机械能守恒定律及其应用教学建议1、依托初中知识展开，降低教学难度本章在讲解功、功率、动能、重力势能、机械能守恒定律时，都是在复习初中知识的基础上展开的．2、依托已有的动力学知识，遵循学生的认知规律功的一般公式、动能定理、机械能守恒定律，都是在恒力、直线运动的情况下推导出来的，但不限于恒力或直线运动，教学中要遵循学生的认知规律，循序渐进，逐步拓展3、抓住功能关系这一主要线索讨论研究问题，重视意义建构4、开展理论探究与实验探究，形成科学的思想方法1、功的定义的引入，由功能关系思想引入功的定义。如果物体在力的作用下能量发生了变化，这个力一定对物体做了功－－强调功与能量变化的联系。功功2、三个重要内容功的公式功的正负合力的功3、重视物理情境的创设，把科学概念和抽象规律归结为生动的情景。例题1、如图，质量为m的物块A放在劈B的斜面上，斜面的倾角为θ，A、B一起沿水平面向右匀速移动了位移S，求A所受各外力对A所做的功。ABABSθθ（WG=0，WN=mgssinθcosθ，Wf=-mgssinθcosθ）例2.滑轮质量、摩擦均不计，m=2kg的物体在F作用下由静止被匀加速提升2m，用时2s，则2s内F做的功是多少？mF（44J）3.变力做功的计算（1）由功和能的关系求解（2）图象法F-S图的“面积”（3）平均值法方向不变，大小随位移线性变化的力可用此方法（4）对动力装置且功率恒定时，可由W=Pt求解（5）滑动摩擦力、空气阻力做功等于力与路程之积例3、用铁锤把小铁钉钉入木板，设板对钉子的阻力与钉进木板的深度成正比，已知铁锤第一次将钉子钉进d，如果铁锤第二次钉钉子时对钉子做的功与第一次相同，那么，第二次钉子进入木板的深度为多少？d124.关于作用力与反作用力做功问题由于作用力与反作用力作用效果不相关，可通过实例分析，使学生认识到一对作用力与反作用力所做的功也不相关，即作用力做正功，反作用力可能做正功、可能做负功，也可能不做功。例4、下列关于作用力与反作用力的做功问题中，说法正确的是（D）A、作用力做正功，反作用力也必定做正功B、作用力做正功，反作用力一做负功C、作用力做功数值一定等于反作用力做功数值D、单纯根据作用力做功情况不能判断反作用力做功情况解这个题目，可设想一个具体的例子，如图，A、B两磁铁同名磁极相对，分别放在两辆小车上，同时释放后，在斥力作用下，两车分开，作用力、反作用力都做正功，两车质量相等时，位移相等，做功数值也相等，两车质量不相等时，位移不相等，做功数值当然也不相等；如按住A不动，只释放B，则A对B的作用力做正功，B对A的反作用力不做功；释放A，同时将B向左推动，则A对B的作用力做负功，B对A的反作用力做正功-----（可讨论六种情况）AB5.关于摩擦力做功问题（1）单个摩擦力可以做正功，可以做负功，也可以不做功（2）一对静摩擦力所做的功一定是数值相等，符号相反（3）一对滑动摩擦力所做的总功一定为负值6.总功（1）总功等于合外力的功，一般用于各力都是恒力，且作用时间相同时。（2）总功等于各力做功的代数和，一般用于各段受力情况不同或作用时间不同时。二、功率的教学1、主要内容平均功率、瞬时功率、额定功率、实际功率2、汽车（机械）两种启动过程探究（1）恒定功率启动OtvVmax（2）恒定加速度启动VOtVmaxBCt1t2A例题5、质量为m=5t的汽车，额定功率为90kw，设汽车运动的阻力恒为其重力的0.05倍.1、求汽车沿水平道路行驶的最大速度.(36m/s)2、设汽车由静止起沿水平道路做匀加速直线运动，加速度为a=0.4m/s2，求汽车维持这一加速度行驶的最长时间.(g=10m/s2)(50s)tvOt1t2t3甲t2例题6、汽车沿水平道路做直线运动，其v-t图象如图甲所示，设汽车所受阻力恒定，则汽车牵引力的功率可能如图乙中的（B）tvOt1t3甲t2tPOt1t2t3AtPOt1t2t3BtPOt1t2t3CDt1t2t3PtO乙功能关系：做功的过程就是能量转化的过程做功的数值就是能的转化数量。1.能量的概念2.功和能的区别与联系3.功和能的关系举例三、功和能的教学三、功和能的教学力学领域中功能关系的主要形式1.合外力的功等于物体动能的增量2.重力的功等于重力势能增量的负值3.除系统内的重力和弹力以外，其它力做的总功等于系统机械能的增量4.由于滑动摩擦而产生的热量等于滑动摩擦力乘于相对路程5.对绳子突然绷紧，物体间非弹性碰撞等除题目特别说明，必定有机械能损失三、功和能的教学能的转化和守恒1.内容2.应用能的转化和守恒定律解题的一般步骤(1)分清共有几种能量(2)明确什么能量增加什么能量减少(3)减少的总量一定等于增加的总量1、动能定理的应用的优越性（1）由于动能定理反映的是物体两个状态的动能变化与总功间的量值关系，所以对初始状态到终止状态这一过程中物体的运动性质、运动轨迹、做功的力是恒力还是变力等诸多问题不必加以追究。四、关于动能定理的教学（2）一般说来，用牛顿第二定律和运动学知识求解的问题，用动能定理也可以求解，而且往往用动能定理求解简捷；可是用动能定理能够求解的问题，应用牛顿第二定律和运动学知识可能无法求解，可以说，熟练应用动能定理求解问题，是一种高层次的思维和方法，应该增强用动能定理解题的主动的意识。2、动能定理的应用（1）灵活选取过程对解题难易程度有很大影响例7、一质量为2kg的铅球从离地面2m高处自由落下，陷入沙坑2cm深处，求沙子对铅球的平均阻力。（2020N）（2）应用动能定理求变力做功例8、如图，质量为m的物体用细绳经过光滑小孔牵引在光滑水平面上做匀速圆周运动，拉力为某个值F时，转动半径为R，挡拉力逐渐减小到F/4时，物体仍做匀速圆周运动，半径为2R，则外力对物体所做功的大小为多少？（FR/4）FO（3）应用动能定理求物体做往复运动的总路程物体做往复运动的总路程隐含在滑动摩擦力做功之中例9、如图所示，AB与CD为两个对称斜面，其上部足够长，下部分别与一个光滑的圆弧面的两端相切，圆弧圆心角为1200，半径R为2.0m，一个物体在离弧低E高度为h=3.0m处，以初速度4.0m/s沿斜面运动。若物体与两斜面的动摩擦因数为0.02，则物体在两斜面上（不包括圆弧部分）一共走多长路程？（g=10m/s2）（280m）AhOBCDE（4）系统应用动能定理解题例10、两个质量均为m的刚性小球，用长为2L且不可伸长的绳连接起来置于光滑水平面上，绳恰好被拉直，现用一垂直于细绳的水平拉力F作用于绳的中点，拉动处于静止状态的小球，如图。问小球第一次相碰前的瞬间，两小球在垂直于恒力F方向上的分速度各是多大？FmmLLmFL（5）动能定理的实际应用--估测自行车受到的阻力骑自行车时，如果停止用力蹬脚蹬，设此时自行车的速度为V0，由于受到阻力f的作用，自行车前进一段距离s后就会停下来，据动能定理有：-fs=0-1/2mv02，即阻力f=mv02/2S实验中需要测出人停止用力后自行车前进的距离s，自行车和人的总质量m，以及V0，初速度可通过以下三种方法测得：①在停止用力前，尽可能使自行车做匀速直线运动，通过测量时间和距离，计算出平均速度，以它作为停止用力时的初速度②测出自行车从停止用力到静止时前进的距离和时间，再根据匀减速运动的规律，求出初速度③停止用力时从车上释放一个小石块，测出释放的高度和石块在水平方向通过的距离，即可求得初速度例11、如图，两截面面积分别是S1和S2的圆桶形容器A和B，用细管连接起来放在同一水平面上，A桶装高度为h的水，B桶无水，打开阀门直到两桶水面相平。在上述过程中，重力所做的功为多少？ABK）21212SS2SSρgh（1、重力做功的特点五、关于重力势能的教学2、重力做功与重力势能变化的关系引导学生初步认识重力做功与路径无关，引入重力势能才是可能的，培养学生的科学思维举重时杠铃所受的重力与它的位置无关弹簧的拉力与拉伸的长度有关弹性势能（1）弹性势能的大小可能与哪几个物理量有关？（类比、猜想）1、从现象开始，创设情境2、推导（1）一般推导（2）特例推导六、关于机械能守恒及其应用的教学3、把握守恒条件（1）做功判断：只有重力和弹力做功。强调是弹簧之类物体的弹力做功才会有弹性势能和动能的转化，像支持力、绳的拉力之类的的弹力做功时没有弹性势能的的变化，因而机械能不守恒（2）能量判断：物体运动过程中只有动能和势能的转化4、机械能守恒的几种表达式（1）系统初态1和末态2的机械能相等即Ek1+Ep1=Ek2+Ep2（状态式）（2）系统总动能的增加等于系统总势能的减少即ΔEk=-ΔEp（转化式）（3）系统内一部分物体的机械能的增加等于另一部分（其余）物体的机械能的减少，即ΔE增=ΔE减（增减式）七、实验：验证机械能守恒定律简述实验方法提出问题1、怎样减少阻力？2、以哪两个位置作为始、末位置合适？3、可以多次测量。4、实验报告的主要内容。速度测量的建议可以用AC的平均速度代表B的瞬时速度。实验应注意的问题1、安装打点计时器时，两纸带限位孔必须在同一竖直直线上，以减小纸带与限位孔的摩擦阻力2、实验时必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重锤下落3、选用密度大的物体做重锤，以减小空气阻力的影响，无需测出重锤的质量m，可保留在验证式中4、测量下落高