高三物理教案：《机械能》教学设计

　　本文题目：高三物理教案：机械能

　　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。

　　2、斜面上的弹力做功和摩擦力做功问题

　　3、滑轮系统拉力做功的计算方法

　　当牵引动滑轮两根细绳不平行时，但都是恒力，此时若将此二力合成为一个恒力再计算这个恒力的功，则计算过程较复杂。但若等效为两个恒力功的代数和，将使计算过程变得非常简便。

　　4、求某力的平均功率和瞬时功率的方法

　　平均功率的计算：

　　5、机车的启动问题

　　问题1：.机车起动的最大速度问题

　　问题2：机车匀加速起动的最长时间问题

　　问题3：.机车运动的最大加速度问题。

　　功和功率的计算

　　1、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，本文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，则可以同过计算该恒力的功，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。

　　(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。

　　三、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。

　　(4)、图象法

　　(5)、能量转化法求变力做功

　　功是能量转化的量度，已知外力做功情况可计算能量的转化，同样根据能量的转化也可求外力所做功的多少。因此根据动能定理、机械能守恒定律、功能关系等可从能量改变的角度求功。

　　①、用动能定理求变力做功

　　动能定理的内容是：外力对物体所做的功等于物体动能的增量。它的表达式是W外=ΔEK，W外可以理解成所有外力做功的代数和，如果我们所研究的多个力中，只有一个力是变力，其余的都是恒力，而且这些恒力所做的功比较容易计

　　算，研究对象本身的动能增量也比较容易计算时，用动能定理就可以求出这个变力所做的功。

　　③、用功能原理求变力做功

　　功能原理的内容是：系统所受的外力和内力(不包括重力和弹力)所做的功的代数和等于系统的机械能的增量，如果这些力中只有一个变力做功，且其它力所做的功及系统的机械能的变化量都比较容易求解时，就可用功能原理求解变力所做的功。

　　④、用公式W=Pt求变力做功

　　机械能及机械能守恒定律的应用

　　一、对机械能守恒定律的理解

　　1、对机械能中的重力势能的理解

　　机械能中的重力势能是一个相对值，只有选定了零势能参考面才有物体相对于零势面的重力势能。在机械能守恒关系式中初、末两状态的机械能应相对于同一参考面。

　　2、对机械能守恒定律条件的理解

　　对机械能守恒定律成立条件的理解关系到能否正确应用该定律，对该定律的理解可从以下两个方面：

　　(1)、从力做功的角度理解机械能守恒定律成立的条件。

　　对某一物体，若只有重力(或弹簧的弹力)做功，其它力不做功，则该物体的机械能守恒。

　　(2)、从能量转化的角度理解机械能守恒定律成立的条件。

　　对某一系统，物体间只有动能和重力势能及弹性势能相互转化，系统跟外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转变成其它形式的能(如没有热能产生)，则系统的机械能守恒。

　　3、对于机械能守恒定律中“守恒”的理解。

　　正确理解机械能守恒定律中“守恒”的涵义，对于正确写出守恒的数学表达式十分重要，同时对守恒的理解不同，其对应的数学表达式也不同。对守恒的理解主要有以下三种：

　　(1)、所谓守恒即系统的初态的总机械能E1等于末态的总机械能E2，其相应的数学表达式为：E1=E2。

　　(2)、系统的机械能守恒可理解为系统的能量只在动能和重力势能之间相互转化。系统重力势能的变化量和系统动能的变化量数值大小相等，即ΔEp=-ΔEk。

　　(3)、如果系统是有A、B两个物体组成的，对于机械能守恒可理解为系统的机械能只在A、B两物体之间相互转化，A物体的机械能的变化量和B物体的机械能的变化量数值大小相等，即ΔEA=-ΔEB。

　　二、机械能守恒定律的应用

　　1、物体运动中的机械能守恒

　　2、变质量问题中的机械能守恒

　　3、多物体组成的系统的机械能守恒问题

　　4、弹簧问题中的机械能守恒

　　功能关系

　　1、常见力做功与能量变化的对应关系

　　①重力功：重力势能和其他能相互转化 ②弹簧的弹力做功：弹性势能和其他能相互转化

　　③滑动摩擦力做功：机械能转化为内能 ④电场力做功：电势能与其他能相互转化

　　⑤安培力做功：电能和其它形式能相互转化

　　⑥分子力做功：分子势能和分子动能之间的能的转化

　　⑦合外力做功：动能和其他形式能之间的转化

　　⑧重力、弹力外的其他力做功：机械能和其他形式能之间的转化

　　2、功是能量的转化的量度 W=ΔE

　　冲量、动量与动量定理

　　1、冲量---求恒力和变力冲量的方法。

　　恒力F的冲量直接根据I=Ft求，而变力的冲量一般要由动量定理或F-t图线与横轴所夹的面积来求。

　　2、动量---动量及动量变化的求解方法。

　　求动量的变化要用平行四边形定则或动量定理。

　　3、动量定理：

　　应用动量定理解题的思路和一般步骤为：

　　10明确研究对象和物理过程;20分析研究对象在运动过程中的受力情况;

　　30选取正方向,确定物体在运动过程中始末两状态的动量;40依据动量定理列方程、求解。

　　小结：三问法应用动量定理：

　　一问能否用(涉及力、时间和速度变化的问题，不涉及加速度与位移)

　　二问研究对象与过程;三问动量的变化与合冲量