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浙江新課改物理培訓資料第五章 機械能及其守恒定律

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浙江新課改物理培訓資料第五章 機械能及其守恒定律

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課件79張PPT。機械能及其守恒定律教材分析與教學建議一、教材分析1、新、舊教材編排結構比較 第五章 機械能及其守恒定律
1 追尋守恒量
2 功
3 功率 4 重力勢能 
5 探究彈性勢能的表達式 6 探究功與物體速度變化的關系 7 動能和動能定理
8 機械能守恒定律
9 實驗:驗證機械能守恒定律
10 能量守恒定律與能源 第八章 機械能
一、功?? 二、功率 三、功和能? 四、動能 動能定理? 五、重力勢能? 六、機械能守恒定律? 七、機械能守恒定律的應用
*八、伯努利方程? 實驗:驗證機械能守恒定律
新原 ●原教材以 “功是能量轉化的量度”結論為基礎展開對動能、重力勢能的探討; ●新教材在了解重力勢能和彈性勢能的基礎上,從實驗和理論兩方面探究功與物體速度變化的關系,得出動能和動能定理的表達式;功能關系是逐步滲透的。 ●新教材增加“探究彈性勢能的表達式”,但對結論不作要求。增
加刪
去2、新、舊教材總體特點比較從知識結構方面看
新、舊教材結構上基本相同,新補充的內容,使知識線索更系統、更流暢。對教學活動不大會產生不適應的情況。從教學內容方面看
新增加的內容給學生提供了一些探究與體驗的機會,體現了新課程所倡導的探究發現和合作學習的教學理念。也使教材內容的連貫性和趣味性更強,可讀性更好。因此,不會對教學工作產生多大的影響。從教學內容方面看
新增加的內容給學生提供了一些探究與體驗的機會,體現了新課程所倡導的探究發現和合作學習的教學理念。也使教材內容的連貫性和趣味性更強,可讀性更好。因此,不會對教學工作產生多大的影響。從教育理念方面看
新教材重視“過程”目標的落實,重視“情感”目標的體現,重視聯系學生的生活、社會實踐和現代科技。教師如何在新教材的基礎上通過自己的再創造,在課堂教學中更好地體現新課程的理念,是實施新課程中急需解決的問題。從教育理念方面看
新教材重視“過程”目標的落實,重視“情感”目標的體現,重視聯系學生的生活、社會實踐和現代科技。教師如何在新教材的基礎上通過自己的再創造,在課堂教學中更好地體現新課程的理念,是實施新課程中急需解決的問題。從教學策略方面看
新教材在文字處理和插圖的選擇上更趨向于生活化、通俗化。二、教學建議教材中有明顯變化的地方(一)教材的結構更和諧新教材中,機械能部分內容為什么會是這樣的一個結構?舊教材的知識結構如果一個物體能對外做功 但是,在物理學的發展中,能量并不是由功定義的,能量的概念是人類在“追尋守恒量”的過程中發展起來的。 能量的概念之所以重要,是因為它是一個自然界中十分重要的守恒量。基于這樣的認識,新教材中,把守恒思想的提出放到了具體的概念之前。 新教材的知識結構追尋運動中的守恒量 顯然,新、舊教材相比,新教材中的處理方法,更加符合學生的認識規律,使知識的托出更自然、更和諧。也更符合物理學發展的歷史事實。對學生來說,這樣的處理,作為一種學習資源,在其分析處理實際問題時的可借鑒性也更強。因此,把“尋找守恒量”作為本章的開篇內容是很有意義的。 從整體上考慮,“尋找守恒量”這節課很重要,一定要認真對待。但這節課,不必在知識深度上多動腦筋,只要利用實驗、動畫等媒體增強直觀性教學,讓學生感到有勁、有趣,有意思,能吊起學生的胃口,能夠使學生在頭腦中產生一定的想法就可以了。 教學中要盡可能體現好探究性。如果能結合實驗開展討論式教學那就更好了。但課前要進行精心的準備。“尋找守恒量”的一些教學素材:原教材關于重力勢能和動能的教學線索及特點功和能:通過四個實例講解 “功是能能量轉化的量度”
●運動員舉重做了多少功,就有多少化學能轉化為重物的重力勢能;
●壓縮的彈簧對小球做了多少功,就有多少彈性勢能轉化為動能;
●機車拉著列車加速,牽引力對列車做了多少功,就有多少內能轉化為機械能;
●起重機提升重物,鋼繩的拉力對重物做了多少功,就有多少電能轉化為機械能。動能和動能定理
●根據“飛機牽引力做了多少功,飛機的動能就增加多少”來確定動能表達式
●推導得出 ,確定動能的表達式。
●把上述表達式的結論稱為動能定理。重力勢能
●根據重力的功 確定重力勢能表達式為mgh。
●說明重力功和物體勢能變化的關系。
●說明重力做功跟路徑無關。特點:1.“功是能量轉化的量度”是作為事實提出的普遍性結論;
2.“功是能量轉化的量度”是確定動能和重力勢能表達式的根據;
3.把動能和動能定理兩個知識的形成結合起來在同一節課講授。新教材關于重力勢能和動能的教學線索及特點重力勢能
●重力做功跟路徑無關(證明后得出結論);
●定義重力勢能Ep=mgh,概括得出重力功與重力勢能的關系WG=Ep1- Ep2
●說明重力勢能的大小具有相對性,勢能屬于系統所共有。探究彈性勢能的表達式
●類比重力與重力勢能的關系,明確彈性勢能表達式取決于彈力做功的表達式。
●對彈力做功的表達式進行理論探究。動能和動能定理
●推導得出:
●分析: 就是我們尋求的動能表達式。 稱為動能定理探究做功與物體速度變化的關系
●背景:已知重力功跟重力勢能、彈力功跟彈性勢能的變化關系,若不考慮勢能,外力對物體做將功產生什么效果?
●實驗探究后初步得出:外力對靜止物體做的功跟物體獲得速度的平方成正比。 重力功和重力勢能的關系,是學生第一次接觸到的功能關系的例子,功能關系的知識從此開始滲透。因此,對重力勢能的學習,需要比較系統和深入。 彈簧的彈力做功也跟路徑無關,用相同的思路分析彈力功跟彈性勢能的關系,對功能關系的知識進行了一次鞏固和拓展。(二)較好地體現了“探究性學習”的教學理念重力勢能推演+直觀探究功與物體速度變化的關系
動能和動能定理直觀+推演探究彈性勢能的表達式推演對以下教學內容的處理更科學教學案例:“重力勢能”的教學功與能的關系問題,在“重力勢能”中進行了第一次的匯合, 運用“功是能量變化的量度”的思想,引出了重力勢能,揭示了重力的功與重力勢能變化量間的關系。以后,我們還要運用這一思想來統領彈性勢能、動能和動能定理及機械能的知識,構建好知識系統。 可見,“重力勢能”一節是非常關鍵的教學環節。因此,教學中,我們既要重視“演繹”的方法,也要注重形象思維能力的培養,努力轉變 “重推演、輕直觀”的教學觀念。探究過程:重力做功的特點教學反思: 在重力勢能的教學中,盡管我們也會運用實驗的方法首先讓學生對重力勢能形成一定的感性認識,但在得出重力勢能、揭示重力的功與重力勢能變化量間的關系時,主要還是運用了推演的方法。教學案例:“探究彈性勢能的表達式”的教學為什么要增加“探究彈性勢能表達式” 這節課文?●不要求學生掌握探究結論●重力功與重力勢能關系的延伸;動能定理的鋪墊●對“彈簧的彈性勢能跟哪些物理量有關”進行科學猜想 ●“變與不變”思想的拓展:從速度變化遷移到力的變化 ●用圖象處理變化過程的累積效果:由根據 v-t 圖象求勻變速運動的位移遷移為根據 F-l 圖象求變力的功 ●經歷一次理論探究過程,根據探究結果來概括物理結論過程與方法目標的實現,需要情景的積累以及不斷鞏固、引伸和拓展鏈 探究彈性勢能表達式的過程,是建立在重力勢能教學的基礎上的,盡管也是一次探究活動,但教材對探究過程的處理方法卻是完全不同的。問題表達 (1)課題的發現重力勢能(2)探究過程(3)思想交流: 不要一提到探究,就想到實驗。科學探究的目的在于通過學生自主的探究行為,變求知為已知。其中是否有實驗,不是問題的本質特征。關于彈性勢能表達式的探究,盡管沒用實驗,但探究的過程卻體現得很好。 可見,課堂上的探究活動,并不在于什么形式,關鍵在于是否體現了探究的意識,是否滲透了探究的方法。教學反思: 在重力勢能的教學中,盡管可以運用實驗或動畫的方法讓學生體會重力的功與重力勢能變化間的關系,但在得出重力勢能、揭示重力的功與重力勢能變化量間關系時,主要還是運用了推演的方法。教學案例:探究功與物體速度變化的關系動能 ?直觀感受演繹推理弄清楚動能定理的物理意義(1)教學內容結構(2)教材分析: 1、引入本節內容的主要目的是為了讓學生經歷和體驗探究的過程,培養學生探究的能力。本節與“動能和動能定理”一起構成了一個較為完整的研究課題,對學生課題意識的形成、探究能力的培養和發展會產生不可低估的作用。 2、本節內容,只是為下一節“動能和動能定理”的理論推導奠定一個認識基礎,并沒有直接給出動能定理。而沒有動能定理,又不能完整敘述功與速度、功與速度的變化、功與速度二次方間的關系,教師在教學中應靈活把握。 “探究功與物體速度變化的關系 ”教學目標分析●關于動能表達式“實驗+理論”探究過程中的實驗過程●經歷對橡皮筋方案的分析,提高實驗設計能力●學會“操作技巧”(選擇數據點),提高收集數據的能力●定量分析數據,提高實驗數據的處理能力△對 W 和 v 定量關系的作出猜想△確定用圖象來驗證猜想的操作思路△體驗通過改變坐標軸的設定,使圖象是一條直線。△有條件的,用數表軟件教學數據處理(3)教學建議 2、做好實驗是關鍵,而橡皮筋的選擇是重中之重。 3、實驗中要先引導學生實驗中要測量哪些物理量?可以用哪些方法測?可以采用哪些實驗方法?根據現有的實驗條件,選擇什么方案為好?應該怎樣進行實驗?怎樣進行實驗數據的處理? 1、本節教材的重點是得出功與物體速度變化的關系、探究過程中實驗的設計以及實驗數據的采集與處理。難點是如何引導學生進行積極的思考,使學生既能發揮創造性思維,也能夠圍繞本節的重點把探究過程深入下去。 ……●探究功與物體速度變化的關系 實驗方案設計——橡皮筋法——重力法實驗設計拓展“橡皮筋法”和“重力法”的優缺點對比△“橡皮筋法”相對“重力法”的優缺點能獲得倍數的功,易于數據定量關系的猜想易于和光電門組合和打點計時器組合要測多次數據裝置、操作稍復雜和原先實驗沒有重復感,不會誤認是運動學實驗(4)實驗技能點提醒橡皮筋的選擇、實驗裝置的改進實驗情景展示實驗數據處理:用計算機擬合較好經驗共享: 1、為了使得   坐標平面上各對應點的分布能成較為明顯的非線性。可以考慮采用以下幾項措施 : ①在小車上加砝碼,通過增加小車質量的方法,使小車速度不致過快。 ②畫曲線時加大 坐標軸的單位長度。   ③從原點O開始描繪圖線。 經驗共享: 2、為了使 與 的關系更加直觀明確, 在讓學生對
圖象進行 、 的關系分析后,要適時地引導學生思考是否可以通過描繪 圖線來看看 、 間的函數關系。 實驗:驗證機械能守恒定律 過去:
只寫如何操作、得出什么結論現在:
……要注意下面幾個問題。
1. 重物下落過程中,除了重力外會受到哪些阻力?怎樣減少這些阻力對實驗的影響?
2. 重物下落時,最好選擇什么樣的兩個位置作為過程的開始和終結?
……
4. 實驗報告中要寫明……以及對結論可靠性的評估,包括對可能產生的誤差的分析。 “實驗:驗證機械能守恒定律”教材分析: (2)在利用教材中提供的方法測瞬時速度時,要讓學生弄清楚其中的道理。特別要引導學生體會這種測瞬時速度的方法與第一、二章所用方法的差異。 (1)在“實驗:驗證機械能守恒定律” 的處理中,與舊教材相比,在實驗方法上作了改進。首先,實驗要求用天平測出重物的質量,以便計算重物的動能和勢能改變量的數值。其次,在測量點的選擇上,并不要求起始點的速度為零。因此,在選擇紙帶時,第一、二點間的距離是否接近2 、第一個點是否清晰也就無關緊要了。(三)教學內容更加生活化 教材更加關注生產和生活中的實際問題 1、能源問題 在涉及能量轉化和轉移的方向性問題時,教材中只是簡單地提到,在選修1-2和選修3-3中有深入的地介紹,但考慮到我省的實際教學要求來看,大部分學生將不再選學這部分內容。因此,教師在教學中需要給予足夠的重視。 2、功
如果單從知識的角度來看,這節內容跟舊教材相比沒什么變化,但它與生產和生活的聯系更密切了。 3、功率
功率的教學中,通過對汽車換檔問題的分析幫助學生理解物理意義。生活化的味道更濃,趣味性更強,應用性也更好了。 4、教材中,插圖的選擇更加注重生產和生活中的實際問題。教學措施:提高課堂教學的開放性 這些教學內容,學生比較熟悉,要求不高,也不需要“深挖洞”,要努力提高課堂教學的開放性程度。 1、抓住“既然能量是守恒量,不可消滅,可為什么我們還要節約能源”的討論,把“能量守恒定律與能源”整合成專題討論課。 2、可以把“功”與“功率”整合成具有探究性味道的研究課。 教學案例:能量守恒定律與能源 本節內容是對本章內容的總結和擴張。 通過預先布置進行資料的搜集與整理及調查研究的方法準備專題討論的過程,可以提高課堂教學的趣味性、有效性。也可以提高學生小課題研究的意識和能力。 學生通過機械能的學習,容易體會到科學概念的作用在于它是對一些自然現象的抽象與概括。能量就是從千差萬別的各種自然現象中抽象出來的概念。在學生頭腦中,已經形成了許多有關能量轉化的圖景,他們也具備了從“機械能的轉化和守恒”問題聯想擴展到“自然界中各種能量在轉化和轉換中總能量是否會守恒”的能力。討論提綱 應根據教材的要求,針對學生現有的知識水平和認知水平編擬討論提綱。1、請你說說:人類在建立起能量守恒定律過程中經歷了哪些主要的事件?哪些科學家在作出了卓著的貢獻?請您利用網絡、報刊雜志及圖書資料進行搜集與整理。
2、導致能量守恒定律最終確立的重要事實有哪些?能量守恒定律的發現是偶然的,還是人類對自然認識發展到一定階段后必然的產物?
3、有人曾經懷疑某種過程中“能量不守恒”,這是怎么回事?
4、能量守恒定律是怎么表述的?在力學范疇內,能量守恒定律應該如何表達? 5、能量守恒定律在什么范圍內成立?
6、能源是人類社會的物質基礎,人類利用能源大致經歷了哪幾個過程?
7、為什么說能源短缺和環境惡化已成為關系到人類社會能否持續發展的大問題?
8、近幾年來,人們常常講到溫室效應。什么是溫室效應?溫室效應有什么特征?
9、既然能量是守恒的,不可能消滅?為什么我們還要節約能源?
10、什么叫能量耗散?你怎么看待能量耗散?
11、你是怎么理解“能量的利用受方向性的制約”這句話的意思的?請你舉例說明。
12、請你調查一下附近的工廠企業和學校單位中能源的利用情況,在分析綜合的基礎上寫一篇調查報告,向政府的有關部門提出自己的建設性的意見或建議。教學設計:編撰討論提綱針對教師印發的問題提綱,利用網絡、報刊雜志和圖書資料搜集有關資料。根據問題提綱進行小組討論由小組代表提出討論中尚需進一步明確或需要其他人幫助的問題。針對問題提綱與學生提出的問題進行針對性講解。還要布置學生寫研究報告(四)知識深度的控制更合適 1、不要求用功的公式計算變力的功。但作為能力培養的途徑,可以通過討論的方式幫助學生打開思維的通道,給學生留一個思維的窗口,以達到開闊學生視野的目的。 2、新教材刪去了汽車以恒定功率啟動的問題。這是由于這種情景是不符合實際情況的。教學中,千萬不要再補充這樣的習題,以免人為地加重學生的負擔。 3、在“探究彈性勢能表達式”中,教材中盡管花了相當的篇幅研究彈性勢能的引入問題,但并不要求得出彈性勢能的表達式。第5章《機械能及其守恒定律》
不要求用功的定義式計算變力的功
例1:用鐵錘把小鐵釘釘入木板,設木板對釘子的阻力與釘進木塊的深度成正比,已知鐵錘第一次將釘子釘進深度d,如果鐵錘第二次釘釘子時對釘子所做功與第一次相同,那么第二次釘子進入木板的深度是( )
A ( -1)d B ( -1)d
C ( -1)d/2 D
例2:如圖甲所示,質量為m=1kg的物體在力F作用下由靜止開始運動,F隨物體位移的變化圖線如圖乙所示。
(1)在物體移動5 m的過程中,力F所做的功為多大?
(2)物體運動的最大速度為多大? 例3:一質量為m的木塊靜止在光滑的水平面上,用大小為F、方向與水平線成θ角的斜向下的恒力作用在此木塊上,經過時間t,力F的瞬時功率為( )
A.F2cos2θt/m B F2cos2θt/2m
C F2t/m D F2cosθt/m
不要求用功率、力和速度的關系式解決力與速度不在一條直線上的問題例4:如圖所示,在傾角為θ光滑斜面頂端A放有一質量為m的物體,從靜止開始沿斜面下滑,下落h高度到達B點。試求:
(1)在這一過程中,重力做功的平均功率。
(2)下滑到B點時,重力做功的瞬時功率。
?
思考:如果改為重力沿斜面分力做功的平均功率與瞬時功率呢? 不要求定量討論機車以恒定功率起動和勻加速起動的問題 例5:在一段平直公路上,一輛質量為1.0×104kg的卡車,速度從5m/s均勻地增加到15m/s,經過的時間為50s,卡車在運動中受到的阻力為車重的0.05倍,g取10m/s2,求:
(1)卡車在這段時間內的加速度大小;
(2)當速度是15m/s時,卡車發動機的輸出功率;
(3)卡車發動機在這段時間內的平均功率。
例6:機車的質量為m=4t,發動機的額定功率為P0=80kw,機車在平直水平面上運動的最大速度為vm=20m/s,假若機車受到阻力保持不變。試求:
(1)機車所受的阻力;
(2)若機車以額定功率運動,當機車運動速度為v1=10m/s時,機車的加速度為多大?
(3)若此機車從靜止開始以a=1m/s2的加速度做勻加速直線運動.,則這個勻加速過程時間為多大;
(4)開始運動12 s過程中機車牽引力做了多少功?
(教學要求中的本質問題是什么:加速情況下力的分析)
思考:下列兩題是否應該被刪除? 例7:拖拉機的輸出功率2.72×104W,拖拉機常用“換檔”的方法控制行駛的速度,已知拖拉機的三檔速度分別為36km/h、46km/h和54km/h。則拖拉機采用這三檔速度時的牽引力各為多大? 例8:鐵路提速,要解決許多技術問題,增大機車的動力是一個首先必須解決的問題。通常,列車阻力與速度平方成正比,即Ff=kv2。則要使列車以額定功率勻速行駛的速度從120km/h增加到160km/h,機車的額定功率必須增大為原來的多少倍?
理由:穩定狀態,不涉及過程分析及加速時力的分析。 不要求用機械能守恒定律求解多個物體(包括需要確定重心的鏈條、繩子、流體等)的問題 ?例9:如圖所示為一連通器,左右兩管的橫截面積均為S,內盛密度為的液體,開始時兩管內的液面高度差為h,若打開底部中央的閥門K,液體開始流動,最終兩液面相平。在這一過程中,液體的重力勢能變化了多少?若液體總長度為4h,當閥門K打開后,水在運動過程中受到阻力為零,則液體流動的最大速度為多大?驗證機械能守恒定律實驗不要求定量分析實驗誤差 例10:在驗證機械能受恒定律的實驗中,重錘質量m=0.5kg,一條點跡清晰的紙帶如圖所示(圖略),圖中的長度單位是cm。對應B點,重錘的速度vB=________m/s。從起點O到打下B點的過程中重力勢能的減小量△Ep=_________J,動能的增加量△Ek= __________ J。△Ep與△Ek不相等的原因是_________________。 不要求用平均力計算變力的功和利用F—l圖象求變力的功 思考:下列題目是否能夠放入作業本?(定性理解) 例10:最初定居歐洲的匈牙利人使用了所謂的回撥弓,其他國家的人對其非常害怕。當時在歐洲,人們經常要禱告:“老天爺,把我們從匈牙利人的箭下拯救出來吧!”。經研究,回撥弓的拉力隨拉伸距離的變化如圖(a)所示,而其他地方用的弓拉力隨拉伸距離的變化如圖(b)所示。問:(1)從圖中所示的情況看,匈牙利人拉弓時用的力更大嗎?(2)從圖中所示的情況看,
匈牙利人拉弓時做的功更多嗎?依
據是什么?(3)說出拉弓射箭過
程中的能量轉化情況。 思考:下列題目能否放入機械能及其守恒定律這一章? 例11:下列說法中正確的是( )
A.物體只要受到力的作用,它的動能就會改變
B.物體受到的合力不為零,它的動能就會改變
C.物體受到的合力不為零,在合力的方向上移動了一段距離,它的動能就會改變
D.物體受到的合力不為零,在合力的方向上移動了一段距離,它的動能不一定改變
(圓周運動在后,沒有典型事例支撐)
三、幾個值得商榷的問題問題1:關于物理量的符號處理? 1、位移的符號在教材第一章中用 ,而本章中卻用 。當然,這兩個量的物理意義是不同的。怎么處理好? 2、初、末速度在教材第二章中用 和 ,而本章中卻用 和 ,是否應該統一起來。問題2:新課教學中應達到什么深度? 高一、高二的教學中應著重于基本功的培養和訓練,重視搞清楚知識間的來龍去脈,注重基本知識框架的構建,幫助學生樹立起一定的辯證唯物主義觀點,養成良好的學習習慣,形成最基本的獨立思考問題的能力,為進一步學習奠定堅實的基礎。
高三的總復習中,應著重于搞清楚知識間的聯系,要站在整個高中物理的高度上以審視的眼光重新認識知識,重新組合知識,通過分類突破,充分揭露知識間的縱橫聯系,將學生在高一、高二學習中獲得的近乎“散裝”的知識拉成某部分知識的“知識鏈”,編織成為相關內容的“知識網”,最后發展成完整的“知識體”。
要達成這樣的目標,如果學生在高一、高二的學習中,確實能形成良好的學習習慣,具備一般的分析問題和解決問題的能力,那再經過高三一年的系統復習也就綽綽有余了。謝


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