20160406教法建议(功和能部分)范鸿飞.ppt

第七章 机械能守恒定律综述 第四节 重力势能n 海淀区高一物理教学建议DESIGNER:DESIGNER:范范 鸿鸿 飞飞 TEL:010-68902931-801TEL:010-68902931-801 EMAIL:fanhongfei2002@EMAIL:fanhongfei2002@1.概述综述 一个新的开始高中物理中机械能守恒定律、动能定理和能量守恒定 律都属于能量观点用能的观点来审视一个物理过程，分 析这一过程中各力做功的情况及其相应的能量转化情况， 是高中物理学习要建立的重要观点之一，是认识客观世界 的一条更为本质的途径综述 本章的主线 转化与守恒是贯彻本章的理论主线动能定理刻画了合外力的功与动能变化之间的关系 同样的，其他性质的力和其相应能量变化之间也有类似的 恒等关系式，我们统称其为功能关系在动能定理的基础 上运用功能关系进行恒等变换，转换研究对象，加以条件 限制，便得出了一系列守恒定律，如机械能守恒定律等力对空间积累牛二律F=ma 动量守恒力对时间积累条件条件能量守恒系统机械能守恒条件：W外=0 and W内非保守=0牛三律牛 一 律力运动综述经典力学规律体系思考：如何突出这一主线？如何使学生树立能量观点？关键：功能关系，即做功是能量转化的量度。

综述 教学重点与难点 教学重点：理解功与功率的概念；理解动能、势能的概念；应用 动能定理与机械能守恒定律分析问题；树立能量观点，会 分析能量转化过程；规范解题步骤与表达方式，形成良好 的解题思维习惯 教学难点：功、势能的概念；动能定理与机械能守恒定律的应用综述 学科知识与方法体系的概括 高中物理涉及的核心内容十个模型 直线运动 抛体运动 圆周与天体运动 碰撞过程 爆炸与反冲过程 简谐振动与简谐波 电磁感应过程 流体柱 辐射球 衰变过程六条规律 动力学与运动学规律 时间积累规律 空间积累规律 动量守恒规律 机械能守恒规律 能量守恒规律一套方法 模型化思维结构两种观点 动力学观点 功能动量观点五大分析 受力与运动分析 做功与能量分析 场分析核心核心 内容内容 学科知识与方法体系的概括 模型化的解题思维结构综述首节的教学意义n 隐藏在伽利略思想实验背后的秘密小球“记住”了自己的高度n 费恩曼：有一个事实，如果你愿意，也可说一 条定律，支配着至今所知的一切自然现象——这 条定律称为能量守恒定律小球运动中某个量是守恒的“守恒”意味着什么？ “守恒”可能预示着更加简洁和普适的规律！n 科学对“简洁”和“普适”的追求永无止境 关于“守恒”的理解 （1）“守恒”的物理内涵在系统中，物理量在某个过程中出现“转转化”或“转转 移”，且任意时时刻其总总量保持不变变，才称之为为守恒。

守恒 是“动态动态 的不变变”，守恒也非象守恒方程形式上所表现出 的：只涉及初、末两个状态的量机械能守恒如此，动 量守恒也是如此 （2）动动能定理与机械能守恒定律的关系原则上，所有机械能守恒的物理过程均可以运用动 能定理加以解决而前者之所以存在，反映了人们对了 解更本质的宇宙运行规律的追求关于“守恒”的几个问题 关于“守恒”的理解 （3）守恒的条件 机械能守恒条件：外力不做功，每一对内非保守力不做功（代数和为 零），则质点组机械能是守恒的——《力学基础础》只有重力或弹弹力做功的物体系统统内，动能与势能相 互可以转化，而总的机械能保持不变——高中物理必修2 （人教版）只有重力或弹弹簧弹弹力做功？关于“守恒”的几个问题 关于“守恒”的理解 （3）守恒的条件——高中物理（必修）第一册（北师师大版） 能量守恒的“条件”：孤立系统统关于“守恒”的几个问题 初步理解功的概念 （1）意义：功是物体能量转转化的量度 （2）功的计算式：W=Flcosα 功的相对对性 （3）功是有正负的标标量，功的正负实质负实质 上反映了做功 过程中物体间能量流动动的“方向” （4）功是过过程量，能是状态态量。

（5）物体受到的力做负功，也称作物体克服力做功正确建立功的概念正确建立功的概念 教学示例两个互相垂直的力F1和F2作用在同一物体上，使物体 运动，如图所示．物体通过一段位移时，力F1对物体做 功4J，力F2对物体做功3J，则力F1和F2的合力对物体做功 为（ ）A．3J B．4J C．5J D．7J D对“做功”的再认识在初中物理课中，首次建立了在初中物理课中，首次建立了“ “功功” ”的概念1. 1.功的物理意义是什么？功的物理意义是什么？2. 2.如何计算功？如何计算功？F Fl力对物体所做的功 ，等于力的大小、位移 的大小、力与位移夹角 的余弦这三者的乘积F Fl?对“做功”的再认识hn 思考做抛体运动的小球始终受到大小为f的空气阻力 请分析小球运动过程中，空气阻力做的功v v在小球运动过程中，取一段极短 时间Δt，这一过程可认为小球做直线 运动空气阻力f始终与运动方向相反 ，做负功因此其在整个抛体过程中 做的功应为各小段做功之和即：Wf =Flcos180º其中l为小球通过的路程fΔsn 疑问在功的计算式中的“l”，究竟是位移的大小还是 路程？对“做功”的再认识n 任意路径下的保守力做功 ABChACh物体沿任意路径移动的过程，重力做功应如何计算？将这一任意路径微分成若干小段，每段可近似视为 直线路径。

运用问题3中的计算方法可知，每小段过程 重力做的功为：全过程重力做的功为 ：对“做功”的再认识 变力求功某研究性学习小组用力的传感器探究物体被从静止 拉动到开始做直线运动的规律，得到了物体运动时拉力 随位移变化的关系图线，如图所示由图可以得出拉力 在10m内做功为 J 6.8 由图像求功 做功分析分析做功过程的三个要素本章的重点方法Fs(v)α受力与运动分析受力与运动分析“功”是对“力”而 言的，是力在空间积 累的过程物体A对 物体B的功，是指物 体A对物体B的合力 做的功当研究对象是质 点时，位移是指物体 （或力的作用点）的 位移，且是相对参考 系而言的结合微积 分方法，理解保守力 与耗散力做功路径的 不同特点对直线运动，是 力与位移的夹角对 曲线运动，是力与瞬 时速度的夹角（结合 微积分思想） 做功分析分析做功过程需要明确的五个问题本章的重点方法Fs(v)α受力与运动分析受力与运动分析1.对象受几个力？ 2.哪些力做功，哪些力不做功？ 3.判断功的正负 4.是恒力做功还是变力做功？ 5.计算功的路径是什么？做功分析是在受力与运动分析基 础上明确做功三要素的过程。

围绕做功三要素，结合微积分思 想，明确以下问题：本章的重点方法n 教学示例一颗卫星在围绕地球的椭圆轨道上运行，地球在椭圆 轨道的焦点上请分析卫星受到的万有引力如何做功FvFvFv卫星由近地点运动到远地点过程中，万有引力做负功；卫星 由远地点运动到近地点过程中，万有引力做正功；1.对象受几个力？ 2.哪些力做功，哪些力不做功？ 3.判断功的正负 4.是恒力做功还是变力做功？ 5. 做功的路径是什么？本章的重点方法n 教学示例一个竖直平面内的四分之一圆弧轨道与一个水平直 轨道相连，轨道的摩擦因数不为零一个木块从轨道A 点由静止释放，最终停在B点，请分析这一过程中木块 所受各力做的功AB1.对象受几个力？ 2.哪些力做功，哪些力不做功？ 3.做功的路径是什么？ 4.判断功的正负 5.是恒力做功还是变力做功？xymgNfaxayv 功的常见求解方法 （1）定义式W = Fs cosθ（F为为恒力或对对空间间的平均力） （2）由 W = Pt 求功（P恒定或为为平均功率） （3）功能关系（常用动能定理） （4）利用图像（F-s图像、P-t图像、p-V图像）本章的重点方法求功方法的选择，要依据题目所给定的条件以及 做功分析（5个问题）的结果，特别要明确是恒力还 是变力做功，以及做功路径是什么，这样才能选择正 确的求功方法。

 能量分析能量分析的三个要素本章的重点方法能量分析是运用功能观点分析 问题的重要基础，是继受力与运动 分析和做功分析之后的第四种学科 方法通过对“能量三要素”的分析 ，使我们能够明确在一个物理事件 的发展过程中，系统内能量转化的 “路径”线索从而为正确适用物 理规律做好准备能量来源做功分析做功分析能量去向途径本章的重点方法n 能量分析实例请思考以下问题： （1）哪些力对小球做功？ （2）这些做功过程伴随哪些 能量的变化？ （3）各种能量如何变化？ （4）判断能量的来源与去向 动能与重力势能之间的转化动能与弹性势能之间的转化L0重力势能动能途径WG弹性势能动能途径WN 教学示例能量转化分析本章的重点方法动能、重力势能和弹 性势能之间的转化L0当小球从最高点运动到速度最大过程中：重力势能动能途径WG弹性势能途径途径WN机械能减少机械能减少本章的重点方法动能m热动能M途径途径途径n 教学示例能量转化分析 能量转化分析的核心是功能关系常见的功能关系功是能量转化的量度做功必然伴随能量的转化， 做功多少，能量转化多少功能关系本质就是能量守恒 本章的重点方法 运用动能定理的操作本章核心规律的运用本章核心规律的运用确定研究确定研究 对象对象 （系统）（系统）选择初末选择初末 状态及过状态及过 程程做功分析与能量分析做功分析与能量分析F FS Sθ θ来源来源途径途径去向去向机械能守恒的表达机械能守恒的表达列方程求解列方程求解结果的分析讨论结果的分析讨论yesyesnonon 关键运用守恒规律解决问题的关键是守 恒条件的判定。

机械能守恒定律的条件 是：只有重力或系统内部弹力做功不 是：只受重力或弹力！守恒条守恒条 件的判件的判 定定 运用机械能守恒定律的操作一个规范将一物体从同一高度以相同大小的速度分别向上、 向下和水平方向抛出请比较物体落地时的速度大小本章的习惯养成一样大物体从抛出后瞬间到落地前瞬间，由动能定理有：研究对象研究对象 WWHOHO初始状态初始状态 F FROMROM终了状态终了状态 T TOO适用条件适用条件 CONDITIONCONDITION适用规律适用规律 L LAWAWWWF FT TC CL L 教学建议参考北京市高考命题走向，物理建模是学生的学习难 点，也是教学的薄弱环节，需要引起注意教学示例心脏是人体血液循环的动力中心设某人的心率是75次/分钟 ，主动脉直径为25mm，心脏每跳动一次由左心室送入主动脉的血 液量为70cm2，血压（收缩压）约为100mmHg（1.3×104Pa）请 计算一次心跳中左心室对进入主动脉血液所做的机械功若右心 室一次把血液送入肺动脉所做的功仅相当于左心室的1/5求心脏 在1min内所做的功和心脏的平均功率假如心脏消耗的化学能只 有10%用于心脏做功，那么一个正常人心脏实际 消耗的功率是多 少？与能量有关的模型构建主动脉左心室心肌FpS 教学示例与能量有关的模型构建 教学示例 （2008北京卷23题题）风风能将成为为21世纪纪大规规模开发发的一种可再生 清洁洁能源。

风风力发电发电 机是将风风能（气流的动动能）转转化为电为电 能的装 置，其主要部件包括风轮风轮 机、齿轮齿轮 箱、发电发电 机等，如图图所示 （1）利用总电总电 阻R=10Ω的线线路向外输输送风风力发电发电 机产产生的电电能 输输送功率P0=300kW，输电电压输电电压 U=10kV，求导线导线 上损损失的功率 与输输送功率的比值值；与能量有关的模型构建（1）导线上损失功率P＝I2R＝P02R/U2＝9×103W损失功率与输送功率之比P/P0＝0.03； 教学示例 （2）风轮风轮 机叶片旋转转所扫过扫过 的面积为风积为风 力发电发电 机可接受风风能的 面积积设设空气密度为为ρ，气流速度为为v，。