机械能【精选3篇】

机械能 篇一

【教学目标】

一、知识与技能

1.知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化；

2.会正确推导物体在光滑曲面上运动过程中的机械能守恒，理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件；

3.在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式。

二、过程与方法

1.学会在具体的问题中判定物体的机械能是否守恒；

2.初步学会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象，分析问题。

三、情感、态度与价值观

通过能量守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问题。

【教学重点】

1.掌握机械能守恒定律的推导、建立过程，理解机械能守恒定律的内容；

2.在具体的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出定律的数学表达式。

【教学难点】

1.从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件；

2.能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒，能正确分析物体系统所具有的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能。

【教学方法】

演绎推导法、分析归纳法、交流讨论法。

【教具】

细线、小球、带标尺的铁架台。

【教学过程】

一、引入新课

教师活动：我们已学习了重力势能、弹性势能、动能。这些不同形式的能是可以相互转化的，那么在相互转化的过程中，他们的总量是否发生变化？这节课我们就来探究这方面的问题。

二、进行新课

1.动能与势能的相互转化

演示实验：如图所示，用细线、小球、带有标尺的铁架台等做实验。

把一个小球用细线悬挂起来，把小球拉到一定高度的点，然后放开，小球在摆动过程中，重力势能和动能相互转化。我们看到，小球可以摆到跟点等高的点，如图甲。

如果用尺子在某一点挡住细线，小球虽然不能摆到点，但摆到另一侧时，也能达到跟点相同的高度，如图乙。

问题：这个小实验中，小球的受力情况如何？各个力的做功情况如何？这个小实验说明了什么？

学生：观察演示实验，思考问题，选出代表发表见解。

小球在摆动过程中受重力和绳的拉力作用。拉力和速度方向总垂直，对小球不做功；只有重力对小球能做功。

实验结论：小球在摆动过程中重力势能和动能在不断转化。在摆动过程中，小球总能回到原来的高度。可见，重力势能和动能的总和，即机械能应该保持不变。

教师：通过上述分析，我们得到动能和势能之间可以相互转化，那么在动能和势能的转化过程中，动能和势能的和是否真的保持不变？下面我们就来定量讨论这个问题。

2.机械能守恒定律

物体沿光滑曲面滑下，只有重力对物体做功。用我们学过的动能定理以及重力的功和重力势能的关系，推导出物体在处的机械能和处的机械能相等。

教师：为学生创设问题情境，引导学生运用所学知识独立推导出机械能守恒定律。让学生亲历知识的获得过程。

学生：独立推导。

教师：巡视指导，及时解决学生可能遇到的困难。

推导的结果为：，

即　。

可见：在只有重力做功的物体系统内，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。

同样可以证明：在只有弹力做功的物体系统内，动能和弹性势能可以相互转化，总的机械能也保持不变。

结论：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和弹性势能可以相互转化，总的机械能也保持不变。这就是机械能守恒定律。

3.例题与练习

例题：把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆，如图，摆长为，最大摆角为，小球运动到最低位置时的速度是多大？

学生：学生在实物投影仪上讲解自己的解答，并相互讨论；

教师：帮助学生总结用机械能守恒定律解题的要点、步骤，体会应用机械能守恒定律解题的优越性。

总结：

1.机械能守恒定律不涉及运动过程中的加速度和时间，用它来处理问题要比牛顿定律方便；

2.用机械能守恒定律解题，必须明确初末状态机械能，要分析机械能守恒的条件。

练习一：如图所示，下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其中图a、b、c中的斜面是光滑的，图d中的斜面是粗糙的，图a、b中的为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图a、b、d中的木块向下运动，图c中的木块向上运动。在这四个图所示的运动过程中机械能守恒的是（　）

解析：机械能守恒的条件是：物体只受重力或弹力的作用，或者还受其它力作用，但其它力不做功，那么在动能和势能的相互转化过程中，物体的机械能守恒。依照此条件分析，abd三项均错。答案：c。

练习二：长为l的均匀链条，放在光滑的水平桌面上，且使其长度的1/4垂在桌边，如图所示，松手后链条从静止开始沿桌边下滑，则链条滑至刚刚离开桌边时的速度大小为多大？

解析：链条下滑时，因桌面光滑，没有摩擦力做功。整根链条总的机械能守恒，可用机械能守恒定律求解。设整根链条质量为，则单位长度质量（质量线密度）为，设桌面重力势能为零，由机械能守恒定律得：

解得

4.课下作业：完成 25“问题与练习”中4.5题。

5.教学体会

机械能守恒定律是能量守恒定律的一个特例，要使学生对定律的得出、含义、适用条件有一个明确的认识，这是能够用该定律解决力学问题的基础。

本节知识点包括：机械能守恒定律的推导；机械能守恒定律的含义和适用条件。

机械能守恒定律是本章教学的重点内容，本节教学的重点是使学生掌握物体系统机械能守恒的条件；能够正确分析物体系统所具有的机械能；

分析物体系统所具有的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能，是本节学习的难点之一。在教学中应让学生认识到，物体重力势能大小与所选取的参考平面（零势面）有关；而重力势能的变化量是与所选取的参考平面无关的。在讨论物体系统的机械能时，应先确定参考平面。

思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。

机械能 篇二

动能 势能 机械能(第2课时)学案

12.1 动能 势能 机械能

【学习目标】

1、 理解动能、重力势能、弹性势能之间的相互转化；

2、 会用较准确的语言叙述有关机械能转化的实例。

【重难点】理解并能描述机械能的相互转化。

【预习检测】

1.物体由于________而具有的能叫动能，质量相同的物体其________越大，则它的动能越大；

物体由于________而具有的能叫重力势能，在举高相同的位置，________越大的物体，其

重力势能越大；物体由于________________而具有的能叫弹性势能。动能和势能统称

________.

2.如图所示，一架加油机正在给一架战斗机在空中加油，若它们的速度保持不变，则加油

机的动能________，战斗机的动能________.

3.拉弓射箭的过程中，箭被射出时，弓的________能转化为箭的________能。

4.弹射橡皮筋将玩具飞机弹射到空中，由橡皮筋的________能转化为飞机的

________能和________能。

【新课学习】

一、观察滚摆的升降

①滚摆上升时 ___ 能减少， __ 能增加。滚摆下降时 ___ 能减少， __ 能增加

实验表明： ___ 能和 ___ 能可以互相 __ 。

②为什么滚摆最终会停了下来？

二、观察自由下落的皮球下降、弹起的全过程

①皮球下降时， ___ 能减少， __ 能增加。皮球上升时， ___ 能减少， __ 能

增加。

实验表明： ___ 能和 ___ 能可以互相 __ 。

②皮球在触地又弹起的过程中能量是如何转化的？（提示：能量在动能和弹性势能之间转

化） ______________________________________________________________________

实验表明： ___ 能和 ___ 能可以互相 __ 。

③为什么皮球反弹的高度越来越低了？__________________________________________________

④假如实验中没有能量的损耗，将会出现何种情形？

三、摆球摆动实验

实验目的：研究物体的动能和势能的相互转化

实验方法：将带细线的小球固定在铁架台上，用手抓住小球，使小球偏离原来静止

位置后自由释放，使小球来回摆动。

活动观察与分析论证：

34结论：物体的___________和__________之间可以互相转化。

机械能 篇三

能的概念、功和能的关系以及各种不同形式的能的相互转化和守恒的规律是自然界中最重要、最普遍、最基本的客观规律，它贯穿于整个物理学中。本章的功和功率、动能和动能定理、重力的功和重力势能、弹性势能、机械能守恒定律是历年高考的必考内容，考查的知识点覆盖面全，频率高，题型全。动能定理、机械能守恒定律是力学中的重点和难点，用能量观点解题是解决动力学问题的三大途径之一。考题的内容经常与牛顿运动定律、曲线运动、动量守恒定律、电磁学等方面知识综合，物理过程复杂，综合分析的能力要求较高，这部分知识能密切联系实际、生活实际、联系现代科学技术，因此，每年高考的压轴题，高难度的综合题经常涉及本章知识。例如：XX年的全国卷第22题、XX年上海卷第23题、XX年全国理综第30题、XX年全国理综第34题、XX年上海卷第21题、XX年物理广西卷第17题、XX年理综福建卷第25题等。同学平时要加强综合题的练习，学会将复杂的物理过程分解成若干个子过程，分析每一个过程的始末运动状态量及物理过程中力、加速度、速度、能量和动量的变化，对于生活、生产中的实际问题要建立相关物理模型，灵活运用牛顿定律、动能定理、动量定理及能量转化的方法提高解决实际问题的能力。

一、夯实基础知识

1.深刻理解功的概念

功是力的空间积累效应。它和位移相对应（也和时间相对应）。计算功的方法有两种：

⑴按照定义求功。即：w=fscosθ。 在高中阶段，这种方法只适用于恒力做功。当 时f做正功，当 时f不做功，当 时f做负功。

这种方法也可以说成是：功等于恒力和沿该恒力方向上的位移的乘积。

⑵用动能定理w=δek或功能关系求功。当f为变力时，高中阶段往往考虑用这种方法求功。

这种方法的依据是：做功的过程就是能量转化的过程，功是能的转化的量度。如果知道某一过程中能量转化的数值，那么也就知道了该过程中对应的功的数值。

(3).会判断正功、负功或不做功。判断方法有：1用力和位移的夹角α判断；2用力和速度的夹角θ判断定；3用动能变化判断。

(4)了解常见力做功的特点：

重力做功和路径无关，只与物体始末位置的高度差h有关：w=mgh，当末位置低于初位置时，w＞0，即重力做正功；反之则重力做负功。

滑动摩擦力做功与路径有关。当某物体在一固定平面上运动时，滑动摩擦力做功的绝对值等于摩擦力与路程的乘积。

在弹性范围内，弹簧做功与始末状态弹簧的形变量有关系。

（5）一对作用力和反作用力做功的特点：1一对作用力和反作用力在同一段时间内做的总功可能为正、可能为负、也可能为零；2一对互为作用反作用的摩擦力做的总功可能为零（静摩擦力）、可能为负（滑动摩擦力），但不可能为正。

2.深刻理解功率的概念

（1）功率的物理意义：功率是描述做功快慢的物理量。

（2）功率的定义式： ，所求出的功率是时间t内的平均功率。

（3）功率的计算式：p=fvcosθ，其中θ是力与速度间的夹角。该公式有两种用法：①求某一时刻的瞬时功率。这时f是该时刻的作用力大小，v取瞬时值，对应的p为f在该时刻的瞬时功率；②当v为某段位移（时间）内的平均速度时，则要求这段位移（时间）内f必须为恒力，对应的p为f在该段时间内的平均功率。

(4)重力的功率可表示为pg=mgvy，即重力的瞬时功率等于重力和物体在该时刻的竖直分速度之积。

3.深刻理解动能的概念，掌握动能定理。

（1） 动能 是物体运动的状态量，而动能的变化δek是与物理过程有关的过程量。

(2)动能定理的表述

合外力做的功等于物体动能的变化。（这里的合外力指物体受到的所有外力的合力，包括重力）。表达式为w=δek.

动能定理也可以表述为：外力对物体做的总功等于物体动能的变化。实际应用时，后一种表述比较好操作。不必求合力，特别是在全过程的各个阶段受力有变化的情况下，只要把各个力在各个阶段所做的功都按照代数和加起来，就可以得到总功。

动能定理建立起过程量（功）和状态量（动能）间的联系。这样，无论求合外力做的功还是求物体动能的变化，就都有了两个可供选择的途径。功和动能都是标量，动能定理表达式是一个标量式，不能在某一个方向上应用动能定理。

4.深刻理解势能的概念，掌握机械能守恒定律。

1.机械能守恒定律的两种表述

⑴在只有重力做功的情形下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。

⑵如果没有摩擦和介质阻力，物体只发生动能和重力势能的相互转化时，机械能的总量保持不变。

对机械能守恒定律的理解：

①机械能守恒定律的研究对象一定是系统，至少包括地球在内。通常我们说“小球的机械能守恒”其实一定也就包括地球在内，因为重力势能就是小球和地球所共有的。另外小球的动能中所用的v，也是相对于地面的速度。

②当研究对象（除地球以外）只有一个物体时，往往根据是否“只有重力做功”来判定机械能是否守恒；当研究对象（除地球以外）由多个物体组成时，往往根据是否“没有摩擦和介质阻力”来判定机械能是否守恒。

③“只有重力做功”不等于“只受重力作用”。在该过程中，物体可以受其它力的作用，只要这些力不做功。

2.机械能守恒定律的各种表达形式

⑴ ，即 ；

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⑵ ； ；

用⑴时，需要规定重力势能的参考平面。用⑵时则不必规定重力势能的参考平面，因为重力势能的改变量与参考平面的选取没有关系。尤其是用δe增=δe减，只要把增加的机械能和减少的机械能都写出来，方程自然就列出来了。

5.深刻理解功能关系，掌握能量守恒定律。

（1）做功的过程是能量转化的过程，功是能的转化的量度。

能量守恒和转化定律是自然界最基本的规律之一。而在不同形式的能量发生相互转化的过程中，功扮演着重要的角色。本章的主要定理、定律都可由这个基本原理出发而得到。

需要强调的是：功是一个过程量，它和一段位移（一段时间）相对应；而能是一个状态量，它与一个时刻相对应。两者的单位是相同的（都是j），但不能说功就是能，也不能说“功变成了能”。

（2）复习本章时的一个重要课题是要研究功和能的关系，尤其是功和机械能的关系。突出：“功是能量转化的量度”这一基本概念。

1物体动能的增量由外力做的总功来量度：w外=δek，这就是动能定理。

2物体重力势能的增量由重力做的功来量度：wg= -δep，这就是势能定理。

3物体机械能的增量由重力以外的其他力做的功来量度：w其=δe机，（w其表示除重力以外的其它力做的功），这就是机械能定理。

4当w其=0时，说明只有重力做功，所以系统的机械能守恒。

5一对互为作用力反作用力的摩擦力做的总功，用来量度该过程系统由于摩擦而减小的机械能，也就是系统增加的内能。q=fd（d为这两个物体间相对移动的路程）。

二、解析典型问题

问题1：弄清求变力做功的几种方法

功的计算在中学物理中占有十分重要的地位，中学阶段所学的功的计算公式w=fscosa只能用于恒力做功情况，对于变力做功的计算则没有一个固定公式可用，下面对变力做功问题进行归纳总结如下：

1、等值法

等值法即若某一变力的功和某一恒力的功相等，则可以通过计算该恒力的功，求出该变力的功。而恒力做功又可以用w=fscosa计算，从而使问题变得简单。

例1、如图1，定滑轮至滑块的高度为h，已知细绳的拉力为f（恒定），滑块沿水平面由a点前进s至b点，滑块在初、末位置时细绳与水平方向夹角分别为α和β。求滑块由a点运动到b点过程中，绳的拉力对滑块所做的功。

分析与解：设绳对物体的拉力为t，显然人对绳的拉力f等于t。t在对物体做功的过程中大小虽然不变，但其方向时刻在改变，因此该问题是变力做功的问题。但是在滑轮的质量以及滑轮与绳间的摩擦不计的情况下，人对绳做的功就等于绳的拉力对物体做的功。而拉力f的大小和方向都不变，所以f做的功可以用公式w=fscosa直接计算。由图1可知，在绳与水平面的夹角由α变到β的过程中，拉力f的作用点的位移大小为：

2、微元法

当物体在变力的作用下作曲线运动时，若力的方向与物体运动的切线方向之间的夹角不变，且力与位移的方向同步变化，可用微元法将曲线分成无限个小元段，每一小元段可认为恒力做功，总功即为各个小元段做功的代数和。

例2 、如图2所示，某力f=10n作用于半径r=1m的转盘的边缘上，力f的大小保持不变，但方向始终保持与作用点的切线方向一致，则转动一周这个力f做的总功应为：

a、 0j　     b、20πj

c 、10j　    d、20j.

分析与解：把圆周分成无限个小元段，每个小元段可认为与力在同一直线上，故δw=fδs，则转一周中各个小元段做功的代数和为w=f×2πr=10×2πj=20πj=62.8j，故b正确。

3、平均力法

如果力的方向不变，力的大小对位移按线性规律变化时，可用力的算术平均值（恒力）代替变力，利用功的定义式求功。

例3、一辆汽车质量为105kg，从静止开始运动，其阻力为车重的0.05倍。其牵引力的大小与车前进的距离变化关系为f=103x+f0，f0是车所受的阻力。当车前进100m时，牵引力做的功是多少？

分析与解：由于车的牵引力和位移的关系为f=103x+f0，是线性关系，故前进100m过程中的牵引力做的功可看作是平均牵引力 所做的功。由题意可知f0＝0.05×105×10n＝5×104n,所以前进100m过程中的平均牵引力：

∴w＝ s＝1×105×100j＝1×107j。

4、用动能定理求变力做功

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