更新时间：作者：小小条
高三物理教案：机械能守恒定律与动能定理的综合应用（适配广东/江西考情）
一、教学目标
1. 知识与技能：熟练掌握动能定理、机械能守恒定律的适用条件及表达式；能灵活选择两大规律解决多过程力学问题（如斜面、传送带、连接体模型），区分守恒场景与非守恒场景的解题思路。
2. 过程与方法：通过拆解广东/江西高考真题，构建“受力分析→能量转化判断→规律选择”的解题逻辑；提升多过程问题的拆解能力与临界状态分析能力。
3. 情感态度与价值观：结合两地高考命题趋势，明确能量问题是力学综合题的核心考点；增强运用能量观点解决复杂问题的信心，培养科学思维与解题效率意识。
二、考情分析
- 广东卷：近3年3次考查，多以计算题（中档题）形式出现，侧重情境化设计（如“斜面+圆弧”“传送带+能量损失”），强调实际应用，计算量适中，注重能量转化的精细化分析。
- 江西（全国卷）：高频压轴考点，常以“动能定理+机械能守恒”综合题形式出现，涉及多物体、多过程能量转化（如连接体系统、临界速度问题），对过程拆解和守恒条件判断要求高，计算量较大。
- 核心考向：动能定理的普适性应用（恒力/变力做功）、机械能守恒的条件判断、多过程能量转化的综合计算、临界状态下的能量极值问
四、教学过程
1. 展示广东2024年高考物理第17题、江西2023年高考物理第24题题干，引导学生观察共性：“多过程运动”“能量转化”“做功分析”，提问：“这类问题何时用动能定理？何时用机械能守恒定律？两者的核心区别是什么？”引出本节课核心内容。
2. 明确：能量观点是解决力学综合题的“捷径”，两大规律的灵活运用直接关联两地高考中档题及压轴题得分，需重点突破。
（二）核心知识点回顾与模型构建
1. 必备概念与公式：
- 动能定理：W_{合}=\Delta E_k=\frac{1}{2}mv_2^2-\frac{1}{2}mv_1^2（合外力做功等于动能变化，普适性强，无需考虑过程细节）。
- 机械能守恒定律：若系统只有重力或弹力做功，机械能守恒，即E_{k1}+E_{p1}=E_{k2}+E_{p2}（或\Delta E_k=-\Delta E_p）。
2. 关键辨析与模型总结：
- 适用条件对比：
- 动能定理：无限制（恒力、变力、直线、曲线运动均适用）。
- 机械能守恒：仅重力/弹力做功（其他力不做功或做功代数和为零）。
- 常见模型分类：
- 单物体多过程模型：斜面+水平面、自由落体+碰撞、竖直圆周运动。
- 系统模型：连接体（轻绳/轻杆连接）、叠加体（滑块+木板）。
（三）典例精讲
例1（适配广东考情：情境化单物体多过程模型）
（改编自广东高考真题）如图所示，质量m=1kg的小球从高h=2m的光滑斜面顶端由静止滑下，进入粗糙水平面后，在摩擦力作用下滑行距离x=3m后停下。已知斜面倾角\theta=37^\circ，重力加速度g=10m/s^2，\sin37^\circ=0.6，\cos37^\circ=0.8。求：
（1）小球滑到斜面底端时的速度大小v；
（2）小球与水平面间的动摩擦因数\mu。
解析步骤：
1. 斜面阶段（机械能守恒）：只有重力做功，mgh=\frac{1}{2}mv^2，解得v=\sqrt{2gh}=\sqrt{2\times10\times2}=2\sqrt{10}m/s\approx6.32m/s。
2. 水平面阶段（动能定理）：摩擦力做功W_f=-\mu mgx，动能变化\Delta E_k=0-\frac{1}{2}mv^2，故-\mu mgx=-\frac{1}{2}mv^2，代入数据得\mu=\frac{v^2}{2gx}=\frac{40}{2\times10\times3}\approx0.67。
总结： 多过程问题需分段判断能量规律，光滑段优先用机械能守恒，有摩擦力做功段用动能定理。
例2（适配江西考情：系统机械能守恒+临界模型）
（改编自全国卷真题）如图所示，轻绳一端固定在天花板上，另一端系一质量M=3kg的小球A，A下方通过轻绳连接一质量m=1kg的小球B，两球静止时相距L=1m。现给小球B一个竖直向上的初速度v_0=4m/s，不计空气阻力，重力加速度g=10m/s^2。求：
（1）两球速度相等时的速度大小v；
（2）两球上升的最大高度H；
（3）运动过程中轻绳的最大拉力F。
解析步骤：
1. 系统机械能守恒（只有重力做功，轻绳拉力为内力）：从B开始运动到两球共速，\frac{1}{2}mv_0^2=(M+m)gh_1+\frac{1}{2}(M+m)v^2，同时两球速度相等时，B上升高度h_1，A上升高度为0（绳子未绷紧到绷紧瞬间），实际过程：B先上升，绳子绷紧瞬间动量守恒（内力远大于外力），mv_0=(M+m)v，解得v=\frac{1\times4}{3+1}=1m/s（修正：绳子绷紧为瞬间作用，动量守恒，机械能有损失，后续上升过程机械能守恒）。
2. 共速后上升阶段（机械能守恒）：\frac{1}{2}(M+m)v^2=(M+m)gH_2，解得H_2=\frac{v^2}{2g}=0.05m，总高度H=h_1+H_2（h_1为绳子绷紧前B上升高度，由\frac{1}{2}mv_0^2=mgh_1+\frac{1}{2}mv_1^2，但绳子绷紧瞬间v_1变为v，需重新梳理：正确流程为“B竖直上抛→绳子绷紧（动量守恒）→共同上升（机械能守恒）”）。
3. 轻绳最大拉力：在绳子绷紧后共同上升的最低点（共速时），对A受力分析：F-Mg=M\frac{v^2}{L}，解得F=Mg+M\frac{v^2}{L}=3\times10 + 3\times\frac{1}{1}=33N。
总结： 系统问题需注意瞬间作用（如绳子绷紧、碰撞）的动量守恒与后续过程的机械能守恒结合，临界状态（共速、最大高度）是解题突破口。
板书设计
机械能守恒定律与动能定理的综合应用
一、核心规律与条件
1. 动能定理：W合=ΔEk（普适性）
2. 机械能守恒：只有重力/弹力做功（Ek1+Ep1=Ek2+Ep2
版权声明：本文转载于今日头条，版权归作者所有，如果侵权，请联系本站编辑删除