高三物理教案：《機械能》教學(xué)設計

　　本文題目：高三物理教案：機械能

　　1.深刻理解功的概念

　　功是力的空間積累效應。它和位移相對應(也和時(shí)間相對應)。計算功的方法有兩種：

　�、虐凑斩�義求功。即：W=Fscosθ。 在高中階段，這種方法只適用于恒力做功。當 時(shí)F做正功，當 時(shí)F不做功，當 時(shí)F做負功。

　　這種方法也可以說(shuō)成是：功等于恒力和沿該恒力方向上的位移的乘積。

　�、朴脛�(dòng)能定理W=ΔEk或功能關(guān)系求功。當F為變力時(shí)，高中階段往往考慮用這種方法求功。

　　這種方法的依據是：做功的過(guò)程就是能量轉化的過(guò)程，功是能的轉化的量度。如果知道某一過(guò)程中能量轉化的數值，那么也就知道了該過(guò)程中對應的功的數值。

　　(3).會(huì )判斷正功、負功或不做功。判斷方法有：○1用力和位移的夾角α判斷;○2用力和速度的夾角θ判斷定;○3用動(dòng)能變化判斷.

　　(4)了解常見(jiàn)力做功的特點(diǎn):

　　重力做功和路徑無(wú)關(guān)，只與物體始末位置的高度差h有關(guān)：W=mgh，當末位置低于初位置時(shí)，W>0，即重力做正功;反之則重力做負功。

　　滑動(dòng)摩擦力做功與路徑有關(guān)。當某物體在一固定平面上運動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)摩擦力做功的絕對值等于摩擦力與路程的乘積。

　　在彈性范圍內，彈簧做功與始末狀態(tài)彈簧的形變量有關(guān)系。

　　(5)一對作用力和反作用力做功的特點(diǎn)：○1一對作用力和反作用力在同一段時(shí)間內做的總功可能為正、可能為負、也可能為零;○2一對互為作用反作用的摩擦力做的總功可能為零(靜摩擦力)、可能為負(滑動(dòng)摩擦力)，但不可能為正。

　　2.深刻理解功率的概念

　　(1)功率的物理意義：功率是描述做功快慢的物理量。

　　(2)功率的定義式： ，所求出的功率是時(shí)間t內的平均功率。

　　(3)功率的計算式：P=Fvcosθ，其中θ是力與速度間的夾角。該公式有兩種用法：①求某一時(shí)刻的瞬時(shí)功率。這時(shí)F是該時(shí)刻的作用力大小，v取瞬時(shí)值，對應的P為F在該時(shí)刻的瞬時(shí)功率;②當v為某段位移(時(shí)間)內的平均速度時(shí)，則要求這段位移(時(shí)間)內F必須為恒力，對應的P為F在該段時(shí)間內的平均功率。

　　(4)重力的功率可表示為PG=mgVy，即重力的瞬時(shí)功率等于重力和物體在該時(shí)刻的豎直分速度之積。

　　2、斜面上的彈力做功和摩擦力做功問(wèn)題

　　3、滑輪系統拉力做功的計算方法

　　當牽引動(dòng)滑輪兩根細繩不平行時(shí)，但都是恒力，此時(shí)若將此二力合成為一個(gè)恒力再計算這個(gè)恒力的功，則計算過(guò)程較復雜。但若等效為兩個(gè)恒力功的代數和，將使計算過(guò)程變得非常簡(jiǎn)便。

　　4、求某力的平均功率和瞬時(shí)功率的方法

　　平均功率的計算：

　　5、機車(chē)的啟動(dòng)問(wèn)題

　　問(wèn)題1：.機車(chē)起動(dòng)的最大速度問(wèn)題

　　問(wèn)題2：機車(chē)勻加速起動(dòng)的最長(cháng)時(shí)間問(wèn)題

　　問(wèn)題3：.機車(chē)運動(dòng)的最大加速度問(wèn)題。

　　功和功率的計算

　　1、求變力做功的幾種方法

　　功的計算在中學(xué)物理中占有十分重要的地位，中學(xué)階段所學(xué)的功的計算公式W=FScosa只能用于恒力做功情況，對于變力做功的計算則沒(méi)有一個(gè)固定公式可用，本文對變力做功問(wèn)題進(jìn)行歸納總結如下：

　　(1)等值法

　　等值法即若某一變力的功和某一恒力的功相等，則可以同過(guò)計算該恒力的功，求出該變力的功。而恒力做功又可以用W=FScosa計算，從而使問(wèn)題變得簡(jiǎn)單。

　　(2)、微元法

　　當物體在變力的作用下作曲線(xiàn)運動(dòng)時(shí)，若力的方向與物體運動(dòng)的切線(xiàn)方向之間的夾角不變，且力與位移的方向同步變化，可用微元法將曲線(xiàn)分成無(wú)限個(gè)小元段，每一小元段可認為恒力做功，總功即為各個(gè)小元段做功的代數和。

　　三、平均力法

　　如果力的方向不變，力的大小對位移按線(xiàn)性規律變化時(shí)，可用力的算術(shù)平均值(恒力)代替變力，利用功的定義式求功。

　　(4)、圖象法

　　(5)、能量轉化法求變力做功

　　功是能量轉化的量度，已知外力做功情況可計算能量的轉化，同樣根據能量的轉化也可求外力所做功的多少。因此根據動(dòng)能定理、機械能守恒定律、功能關(guān)系等可從能量改變的角度求功。

　�、�、用動(dòng)能定理求變力做功

　　動(dòng)能定理的內容是：外力對物體所做的功等于物體動(dòng)能的增量。它的表達式是W外=ΔEK，W外可以理解成所有外力做功的代數和，如果我們所研究的多個(gè)力中，只有一個(gè)力是變力，其余的都是恒力，而且這些恒力所做的功比較容易計

　　算，研究對象本身的動(dòng)能增量也比較容易計算時(shí)，用動(dòng)能定理就可以求出這個(gè)變力所做的功。

　�、�、用功能原理求變力做功

　　功能原理的內容是：系統所受的外力和內力(不包括重力和彈力)所做的功的代數和等于系統的機械能的增量，如果這些力中只有一個(gè)變力做功，且其它力所做的功及系統的機械能的變化量都比較容易求解時(shí)，就可用功能原理求解變力所做的功。

　�、�、用公式W=Pt求變力做功

　　機械能及機械能守恒定律的應用

　　一、對機械能守恒定律的理解

　　1、對機械能中的重力勢能的理解

　　機械能中的重力勢能是一個(gè)相對值，只有選定了零勢能參考面才有物體相對于零勢面的重力勢能。在機械能守恒關(guān)系式中初、末兩狀態(tài)的機械能應相對于同一參考面。

　　2、對機械能守恒定律條件的理解

　　對機械能守恒定律成立條件的理解關(guān)系到能否正確應用該定律，對該定律的理解可從以下兩個(gè)方面：

　　(1)、從力做功的角度理解機械能守恒定律成立的條件。

　　對某一物體，若只有重力(或彈簧的彈力)做功，其它力不做功，則該物體的機械能守恒。

　　(2)、從能量轉化的角度理解機械能守恒定律成立的條件。

　　對某一系統，物體間只有動(dòng)能和重力勢能及彈性勢能相互轉化，系統跟外界沒(méi)有發(fā)生機械能的傳遞，機械能也沒(méi)有轉變成其它形式的能(如沒(méi)有熱能產(chǎn)生)，則系統的機械能守恒。

　　3、對于機械能守恒定律中“守恒”的理解。

　　正確理解機械能守恒定律中“守恒”的涵義，對于正確寫(xiě)出守恒的數學(xué)表達式十分重要，同時(shí)對守恒的理解不同，其對應的數學(xué)表達式也不同。對守恒的理解主要有以下三種：

　　(1)、所謂守恒即系統的初態(tài)的總機械能E1等于末態(tài)的總機械能E2，其相應的數學(xué)表達式為：E1=E2。

　　(2)、系統的機械能守恒可理解為系統的能量只在動(dòng)能和重力勢能之間相互轉化。系統重力勢能的變化量和系統動(dòng)能的變化量數值大小相等，即ΔEp=-ΔEk。

　　(3)、如果系統是有A、B兩個(gè)物體組成的，對于機械能守恒可理解為系統的機械能只在A(yíng)、B兩物體之間相互轉化，A物體的機械能的變化量和B物體的機械能的變化量數值大小相等，即ΔEA=-ΔEB。

　　二、機械能守恒定律的應用

　　1、物體運動(dòng)中的機械能守恒

　　2、變質(zhì)量問(wèn)題中的機械能守恒

　　3、多物體組成的系統的機械能守恒問(wèn)題

　　4、彈簧問(wèn)題中的機械能守恒

　　功能關(guān)系

　　1、常見(jiàn)力做功與能量變化的對應關(guān)系

　�、僦亓�功：重力勢能和其他能相互轉化 ②彈簧的彈力做功：彈性勢能和其他能相互轉化

　�、刍瑒�(dòng)摩擦力做功：機械能轉化為內能 ④電場(chǎng)力做功：電勢能與其他能相互轉化

　�、莅才嗔ψ龉Γ弘娔芎推渌�形式能相互轉化

　�、薹肿恿ψ龉Γ悍肿觿菽芎头肿觿�(dòng)能之間的能的轉化

　�、吆贤饬ψ龉Γ簞�(dòng)能和其他形式能之間的轉化

　�、嘀亓�、彈力外的其他力做功：機械能和其他形式能之間的轉化

　　2、功是能量的轉化的量度 W=ΔE

　　沖量、動(dòng)量與動(dòng)量定理

　　1、沖量---求恒力和變力沖量的方法。

　　恒力F的沖量直接根據I=Ft求，而變力的沖量一般要由動(dòng)量定理或F-t圖線(xiàn)與橫軸所夾的面積來(lái)求。

　　2、動(dòng)量---動(dòng)量及動(dòng)量變化的求解方法。

　　求動(dòng)量的變化要用平行四邊形定則或動(dòng)量定理。

　　3、動(dòng)量定理：

　　應用動(dòng)量定理解題的思路和一般步驟為：

　　10明確研究對象和物理過(guò)程;20分析研究對象在運動(dòng)過(guò)程中的受力情況;

　　30選取正方向,確定物體在運動(dòng)過(guò)程中始末兩狀態(tài)的動(dòng)量;40依據動(dòng)量定理列方程、求解。

　　小結：三問(wèn)法應用動(dòng)量定理：

　　一問(wèn)能否用(涉及力、時(shí)間和速度變化的問(wèn)題，不涉及加速度與位移)

　　二問(wèn)研究對象與過(guò)程;三問(wèn)動(dòng)量的變化與合沖量