高三物理教案：《機(jī)械能》教學(xué)設(shè)計(jì)

　　本文題目：高三物理教案：機(jī)械能

　　1.深刻理解功的概念

　　功是力的空間積累效應(yīng)。它和位移相對應(yīng)(也和時(shí)間相對應(yīng))。計(jì)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(dāng) 時(shí)F做正功，當(dāng) 時(shí)F不做功，當(dāng) 時(shí)F做負(fù)功。

　　這種方法也可以說成是：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(dāng)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(jù)是：做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程，功是能的轉(zhuǎn)化的量度。如果知道某一過程中能量轉(zhuǎn)化的數(shù)值，那么也就知道了該過程中對應(yīng)的功的數(shù)值。

　　(3).會(huì)判斷正功、負(fù)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)了解常見力做功的特點(diǎn):

　　重力做功和路徑無關(guān)，只與物體始末位置的高度差h有關(guān)：W=mgh，當(dāng)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(fù)功。

　　滑動(dòng)摩擦力做功與路徑有關(guān)。當(dāng)某物體在一固定平面上運(yùn)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(nèi)，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(nèi)做的總功可能為正、可能為負(fù)、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(fù)(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(nèi)的平均功率。

　　(3)功率的計(jì)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(yīng)的P為F在該時(shí)刻的瞬時(shí)功率;②當(dāng)v為某段位移(時(shí)間)內(nèi)的平均速度時(shí)，則要求這段位移(時(shí)間)內(nèi)F必須為恒力，對應(yīng)的P為F在該段時(shí)間內(nèi)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題

　　3、滑輪系統(tǒng)拉力做功的計(jì)算方法

　　當(dāng)牽引動(dòng)滑輪兩根細(xì)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(jì)算這個(gè)恒力的功，則計(jì)算過程較復(fù)雜。但若等效為兩個(gè)恒力功的代數(shù)和，將使計(jì)算過程變得非常簡便。

　　4、求某力的平均功率和瞬時(shí)功率的方法

　　平均功率的計(jì)算：

　　5、機(jī)車的啟動(dòng)問題

　　問題1：.機(jī)車起動(dòng)的最大速度問題

　　問題2：機(jī)車勻加速起動(dòng)的最長時(shí)間問題

　　問題3：.機(jī)車運(yùn)動(dòng)的最大加速度問題。

　　功和功率的計(jì)算

　　1、求變力做功的幾種方法

　　功的計(jì)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(jì)算公式W=FScosa只能用于恒力做功情況，對于變力做功的計(jì)算則沒有一個(gè)固定公式可用，本文對變力做功問題進(jìn)行歸納總結(jié)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，則可以同過計(jì)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(jì)算，從而使問題變得簡單。

　　(2)、微元法

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

　　三、平均力法

　　如果力的方向不變，力的大小對位移按線性規(guī)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(zhuǎn)化法求變力做功

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

　�、佟⒂脛�(dòng)能定理求變力做功

　　動(dòng)能定理的內(nèi)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(dá)式是W外=ΔEK，W外可以理解成所有外力做功的代數(shù)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(jì)

　　算，研究對象本身的動(dòng)能增量也比較容易計(jì)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(nèi)容是：系統(tǒng)所受的外力和內(nèi)力(不包括重力和彈力)所做的功的代數(shù)和等于系統(tǒng)的機(jī)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(tǒng)的機(jī)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。

　　④、用公式W=Pt求變力做功

　　機(jī)械能及機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用

　　一、對機(jī)械能守恒定律的理解

　　1、對機(jī)械能中的重力勢能的理解

　　機(jī)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(jī)械能守恒關(guān)系式中初、末兩狀態(tài)的機(jī)械能應(yīng)相對于同一參考面。

　　2、對機(jī)械能守恒定律條件的理解

　　對機(jī)械能守恒定律成立條件的理解關(guān)系到能否正確應(yīng)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(jī)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(jī)械能守恒。

　　(2)、從能量轉(zhuǎn)化的角度理解機(jī)械能守恒定律成立的條件。

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

　　3、對于機(jī)械能守恒定律中“守恒”的理解。

　　正確理解機(jī)械能守恒定律中“守恒”的涵義，對于正確寫出守恒的數(shù)學(xué)表達(dá)式十分重要，同時(shí)對守恒的理解不同，其對應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)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(tǒng)的初態(tài)的總機(jī)械能E1等于末態(tài)的總機(jī)械能E2，其相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：E1=E2。

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

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

　　二、機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用

　　1、物體運(yùn)動(dòng)中的機(jī)械能守恒

　　2、變質(zhì)量問題中的機(jī)械能守恒

　　3、多物體組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒問題

　　4、彈簧問題中的機(jī)械能守恒

　　功能關(guān)系

　　1、常見力做功與能量變化的對應(yīng)關(guān)系

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

　�、刍瑒�(dòng)摩擦力做功：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 ④電場力做功：電勢能與其他能相互轉(zhuǎn)化

　�、莅才嗔ψ龉Γ弘娔芎推渌�形式能相互轉(zhuǎn)化

　�、薹肿恿ψ龉Γ悍肿觿菽芎头肿觿�(dòng)能之間的能的轉(zhuǎn)化

　　⑦合外力做功：動(dòng)能和其他形式能之間的轉(zhuǎn)化

　�、嘀亓Α�彈力外的其他力做功：機(jī)械能和其他形式能之間的轉(zhuǎn)化

　　2、功是能量的轉(zhuǎn)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(jù)I=Ft求，而變力的沖量一般要由動(dòng)量定理或F-t圖線與橫軸所夾的面積來求。

　　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(yīng)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程;20分析研究對象在運(yùn)動(dòng)過程中的受力情況;

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

　　小結(jié)：三問法應(yīng)用動(dòng)量定理：

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

　　二問研究對象與過程;三問動(dòng)量的變化與合沖量