师:在上课之前,老师给大家展示几幅场景 A 运动员投出铅球;B. 弹簧的一端接在气垫导轨的一端,另一端和滑块相连,让滑块在水平的轨道上做往复运动。大家通过看这个能够提出什么物理关系?
生:动能和重力势能可以相互转化。
生:动能和弹性势能也可相互转化。
师:是的,这是咱们定性的分析,动能和势能可以相互转化,那大家知道他们当中还有哪些内在的关系呢?咱们就带着这个问题进入本节课的学习。
师:接下来咱们一起来看一下自由落体、竖直上抛、滚摆、单摆和弹簧振子的演示视频。大家在观察的时候注意观察物体运动中动能、势能的变化情况。
师:好,演示完毕,哪位同学来说一下,能量关系。
生:高度大时速度小,速度小时高度大。
生:进而得到重力势能大时动能小,势能小时动能大。
师:大家都分析的非常好,谁能从物体运动状态变化说一下?
生:重力势能增大(减小)的过程就是动能减少(增大)的过程。
师:通过上述分析,我们得到动能和势能之间可以相互转化。
师:动能与势能的相互转化是否存在某种定量的关系呢?咱们一起来看一下接下来的对于这道例题的具体分析。在图 8.4 - 3 中,物体在某一时刻处在高度为 h₁ 的位置 A,这时它的速度是 V₁。经过一段时间后顺着光滑斜面,物体下落到高度为 h₂ 的另一位置 B,这时它的速度是 V₂。分析动能的变化,与重力势能的变化情况?给大家 5 分钟时间考虑一下。
师:时间到,大家说一下有哪些力做了功?
生:重力做了工。
师:物体经过受力分析,知道物体一定受到支持力,那支持力有没有做功?
生:因为支持力方向与运动方向垂直,支持力不做功,所以,只有重力做功。
师:从动能定理考虑,重力对物体做的功是多少呢?
生: W = 1/2mv₂² - 1/2mv₁² 。
师:从重力势能变化考虑,重力对物体做的功是多少呢?
生: W = mgh₁ - mgh₂.
师:从以上两式我们综合考虑得到一个怎样的结论?
生: mgh₁ - mgh₂ = 1/2mv₂² - 1/2mv₁²
师:非常好,这就有什么意义?
生:重力做了多少功,就有多少重力势能转化为动能。
师:把上式移项后得到 mgh₁ + 1/2mv₁² = mgh₂ + 1/2mv₂²,大家说一下这个又有什么意义?
生:左边为物体末状态动能与势能之和,等式右边为物体初状态动能与势能之和。
师:初状态动能与势能之和叫做机械能,那么大家能得出什么结论呀?
生:在只有重力做功的系统内,动能与重力势能互相转化时总的机械能保持不变。
师:其实同样可以证明,在只有弹力做功的系统内,动能和弹性势能互相转化时总的机械能也保持不变。所以咱们可以的出在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以互相转化,而总的机械能保持不变。这叫作机械能守恒定律。
师:学了刚才的知识,大家来做一下 PPT 上的习题。
师:现在一起来回顾一下这节课,你学到了什么?谁能说一下?
生:机械能守恒概念及条件。
师:除了这些呢,老师还发现有位同学一直在举手,是不你有什么补充?
生:这节课分情况讨论过程很实用。
师:这位同学说的非常对,物理学科很多探究讨论的地方,大家要做好运用控制变量法的同时,和善 于利用熟悉的概念进行类比理解的好习惯。
师:今天那老师布置两个作业,第一个呢是就是完成课后的第 3 题和第 5 题。