机械能守恒定律教材分析和教学建议

机械能守恒定律机械能守恒定律教材分教材分析和教学建议析和教学建议一、教材分析一、教材分析课程标准 1、内容标准 （1）举例说明功是能量变化的量度，理解功和功率。关心 生活和生产中常见机械功率的大小及其意义。 例1 分析物体移动的方向与力的方向不在一条直线上时力所 做的功。 例2 分析汽车发动机的功率一定时，牵引力与速度的关系。 （2）通过实验，探究恒力做功与物体动能变化的关系。理 解动能和动能定理。用动能定理解释生活和生产中的现象。 例3 用打点计时器或光电计时器探究恒力做功与物体动能变 化的关系。 例4 从牛顿第二定律导出动能定理。 （3）理解重力势能。知道重力势能的变化与重力做功的关 系。（4）通过实验，验证机械能守恒定律。理解机械能守恒定律 。用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。 （5）了解自然界中存在多种形式的能量。知道能量守恒是最 基本、最普遍的自然规律之一。 （6）通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性，认识提高 效率的重要性。了解能源与人类生存和社会发展的关系，知道 可持续发展的重大意义。 例5 评价核能为人类带来的好处和可能发生的问题。2活动建议（1）设计实验，测量人在某种运动中的功率。（2）通过查找资料、访问有关部门，收集汽车刹车距离与车 速关系的数据，尝试用动能定理进行解释。 主题内容要求说明机械能功和功率 动能和动能定理 重力做功与重力势能 功能关系、机械能守恒 定律及其应用II II II II2007考试大纲新、旧教材编排结构比较新、旧教材编排结构比较1 追寻守恒量2 功3 功率 4 重力势能 5 探究弹性势能的表达式 6 实验：探究功与物体速度变化的关系7 动能和动能定理 8 机械能守恒定律9 实验：验证机械能守恒定律10 能量守恒定律与能源 一、功 阅读教材 变力的功二、功率 三、功和能 四、动能 动能定理 五、重力势能 六、机械能守恒定律 七、机械能守恒定律的应用 八、伯努利方程 原来放在学生实 验中移至课内最新教材最新教材旧教材旧教材不要求或以不要求或以 隐性的方式隐性的方式 渗透渗透不要求或以不要求或以 隐性的方式隐性的方式 渗透渗透在新教材中在新教材中 不要求，或不要求，或 以隐性的方以隐性的方 式进行渗透式进行渗透 增增 加加增加的：追寻守恒量；探究弹性势能的表达式；探究功和物体速度变化的 关系；能量守恒定律与能源。 （1）增加“追寻守恒量”这一节是为了强调能量和能量转化守恒思想的重 要意义，不在于知识上。现在人们认识到的功、能和功能关系正是在研究 能量转化和守恒基础上逐渐形成的，教材这样安排也还原了人类认识历史 过程的本来面目，同时使全章内容有一个高起点。 （2）增加两个探究性内容的目的不在于探究出的结果上，而在于探究过程 上，学生通过发现问题，到尝试解决问题，亲身经历这种思考过程、经历 实验操作过程，提高了分析解决问题的能力和动手能力，培养了探究的热 情和意识。 （3）增加的能量守恒定律与能源这一节是把过去第十一章分子热运动 能量守恒的第五节：热力学第一定律；第六节：热力学第二定律；第七 节：能源环境和阅读材料：能量守恒定律的建立的部分整合以常识性的水 平给出，目的在能量守恒和能量转化方向性的意识培养上，增强节约能源 和可持续发展的意识，不在知识上。 （4）在重力势能一节中增加了重力做功与路径无关的证明，目的是让学生 再一次体会分割求和的微积分思想，受到这种科学方法的熏陶；本节中还 增加了重力势能系统性的讨论，弥补了过去教材的不足。 另外新教材在功率这一节中增加了额定功率和实际功率，增加了汽车牵引 力和速度关系的讨论，目的在于强调功率概念在现实机械中的重要性，激 发学生的兴趣，增强学生的应用意识和节能意识（与能效结合）。删去的：阅读材料“变力的功”；功和能；机械能守恒定律的应用；选修内容伯努利 方程。 （1）删去阅读材料：变力的功，一是因为不要求用公式计算变力功，二是求变力 功的思想方法在探究弹性势能的表达式中已经有所体现 （2）关于功和能，旧教材专门有一节阐述功能关系，表达了两个观点：一个物体 能够对外做功，我们就说这个物体就具有能量和功是能量转化的量度。新教材没有 专门安排一节，仅仅在一个自然段和三个图片表达了功和能量变化的关系，教材这 样处理并不是淡化了功能关系，而是通过学习重力功和重力势能变化的关系；弹力 功和弹性势能变化关系等内容要学生自己领悟总结出功和能量变化关系，从过去的 一般抽象地给出，到现在的具体形象地给出，更有利于学生理解功能关系。 （3）删去机械能守恒定律的应用这一节，是因为此部分内容变成了上一节的例题 与习题。 （4）选修内容伯努利方程本来不应该在必修中出现。2 2、新、旧教材总体特点比较、新、旧教材总体特点比较Ø 从知识结构方面看新、旧教材结构上基本相同，新补充的内 容，使知识线索更系统、更流畅。对教学活动 不大会产生不适应的情况。旧教材如果一个物体能对外做功如果一个物体能对外做功这个物体就具有能量这个物体就具有能量举例说明：举例说明：做功伴随着能量的变化做功伴随着能量的变化结论结论：功是能量变化的量度功是能量变化的量度似乎似乎定义功是为了定义能，先有功的概念，才有能的定义功是为了定义能，先有功的概念，才有能的 概念。概念。动能定理及机械能守恒动能定理及机械能守恒 新教材追寻运动中的守恒量追寻运动中的守恒量比较符合人们对功和能的认知过程比较符合人们对功和能的认知过程。机械能守恒定律机械能守恒定律动能定理动能定理“功是能量转化的量度功是能量转化的量度 ”新增加的内容给学生提供了一些探究与体验的机会，体现了新课程所倡导的探究发现和 合作学习的教学理念。也使教材内容的连贯性 和趣味性更强，可读性更好。从教育理念方面看新教材重视“过程”目标的落实，重视“情感”目标 的体现，重视联系学生的生活、社会实践和现代科技 。教师如何在新教材的基础上通过自己的再创造，在 课堂教学中更好地体现新课程的理念，是实施新课程 中急需解决的问题。最新课本的变化第七章最新教材基本未变，只是让不很严谨的部分叙述得更加严谨，让一些说法更加合理国家标准没有规定唯一的专用符号。本书中，在需要明确位移与坐标关系的 场合，例如研究质点沿坐标轴的运动时，用x或y、z（指相对于原点的位移） ，在其他场合用l、s等符号。 大于，小于或等于的角，它的余弦是负数。这个结论在数学课中可以学到。这就好象x既可以表示x轴上某点的坐标，又可以表示这点对于原点的位移。 由于力F在这么短的时间内不会发生很大变化 实验通过上节的实验，我们已经了解到一个特殊形势 下力对物体做的功与物体速度变化的关系，即。 根据做功与能量变化相关联的思想，这个结果实 际上向我们暗示：物体动能的表达式中可能包含 这个因子。本届我们再沿另一条线索研究物体动 能的表达式，如果两者能够相互支持，做结论时 就多一分把握。 添加到第九节问题与练习二、教法建议过程与方法 1体会伽利略分析问题的精妙，学习他能 分析出事物本质的方法。 2在列举事例过程中体会费恩曼所说话的 深刻内涵，体会转化与守恒的普遍性。第1节：追寻守恒量引入问题如图所示为液压机的工作原理图 。 使用液压机为什么能够省力？F1F2S1S2h1h2守恒量作用结论1守恒量作 用结 论2综合结论1和2可得 即压强（帕斯卡定律）建立等量关系力的大小与活塞横截面积成正比液体体积建立等量关系活塞移动的距离与横截面积成反比这这两种解法 中有一个量 是个守恒量加在密闭液体任一部分的 压强，必然按其原来的大 小，由液体向各个方向传 递。探究1探究2有趣的实验伽利略理想实验等 高小球“记得”原来的高度 问题 在伽利略的斜面理想实验中，是否存在守恒量？ 从整体上考虑，“寻找守恒量”这节课很重要，一定要认真对待。但这节课，不必在知识深度上多动脑 筋，只要利用实验、动画等媒体增强直观性教学，让 学生感到有劲、有趣，有意思，能够使学生在头脑中 产生一定的想法就可以了。教学中要尽可能体现好探究性。如果课中能结合 实验开展讨论式教学那效果会更好。第2节 功过程与方法 1、通过实例理解功的两个要素和正负功的意思。 2、通过例题的示范掌握公式W=Flcos的使用和几 个力总功的求法。木头在起重机的拉力作用下? 能增加列车在机车牵引力的作用下? 能增加握力器在手的压力作用下 ？ 能增加力对物体做了功lF FFFF分析：根据力的等效性原理,可以 把计算F做功的问题转化为 分别求F1和F2做功的问题W1= F1l = F COSl W2 = 0W = W1 + W2W = F l COS拉力F做的功W = ？F2F1若将位移 l 分解,结果如何?Fll1l290。l1=l cos l2=l sinW1= Fl 1= F lcos W2= 0W= F lcos 不建议介绍W=Flcos的理解及功的正负*辨认力的方向与位移方向的夹角FS甲答案：F S乙答案：- FS丙答案： FS丁答案： - F,S两矢量键尾重合时 正方向的夹角*正功和负功功的公式：W=FSCOS讨论 ：1、当=0时，COS =1，W =FS和我们在初中学过的功的公式相同。2、当=/2时，COS =0，W =0这时我们就说力对物体没做功。3、当0，W>0这时我们就说力对物体做正功。4、当/2 Ff 2.由静止开始以恒定的牵引力F启动1.当F=Ff时速度最大 2.先匀加速再变加速最后匀速 3.速度-时间图象例汽车发动机的额定功率为60KW，汽车的质 量为5t，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车 重的0.1倍，g=10m/s2。 （1）汽车保持额定功率不变从静止启动后，汽车所能达到的最大速度是多大？当汽车的加速度为2m/s2时速度多大？当汽车的速度为6m/s时加速度多大？（2）若汽车从静止开始，保持以0.5m/s2的加速度做匀速直线运动，这一过程能维持多长时间？15s时的瞬时功率是多少？17s时的瞬时功率是多少？第4节 重力势能过程与方法 1、通过重力功与路径无关的证明过程再次体 会物理学中这种微分极限的思想（在必修1中 求变速运动的位移时用过这一思想） 2、通过重力势能表达式的发现过程体会功是 能量转化量度的思想，体会物理学建立概念 ，研究问题的方法。水电站物体竖直下落h物体沿斜线运动h Lh1 h2 h3物体沿曲线运动AChAh 1mL7重力做功与路径无关,只跟始末位置的高度差有关可见,重力做的功等于“mgh”这个量的变化.在物理 学中， “mgh”是一个由特殊意义的物理量.就用这 个物理量表示物体的重力势能。探究过程：探究过程：重力做功 的特点式中的mgh与 高度h有关WG12mgh1mgh2重力做功只跟始、末位 置有关，而跟物体运动 的路径无关始末状态的 mgh之差等于重力的功定义重力势能EPmghWG12Ep1Ep2在重力势能的教学中，尽管我们也会运用在重力势能的教学中，尽管我们也会运用实验的方法首先让学生对重力势能形成一定的实验的方法首先让学生对重力势能形成一定的 感性认识，但在得出重力势能、揭示重力的功感性认识，但在得出重力势能、揭示重力的功 与重力势能变化量间的关系时，主要还是运用与重力势能变化量间的关系时，主要还是运用 了推演的方法。了推演的方法。第5节 探究弹性势能的表达式过程与方法 1、仿照重力势能表达式的得出方法探究弹性势 能表达式，让学生体会物理学中这种类比迁移的 研究方法 2、猜测弹性势能表达式与什么有关，培养学生 科学推断能力 3、又一次应用分割求和的方法求变力的功，体 会这种微积分思想在物理中的应用 4、体会理论探究这种科学方法探究弹性势能表达式的过程，是建立在探究弹性势能表达式的过程，是建立在 重力势能教学的基础上的，也是一次探究活重力势能教学的基础上的，也是一次探究活 动动, ,但方法有所不同。但方法有所不同。发现问题弹簧弹 力做功