機械能守恒定律教學設計

1、機械能守恒定律教學設計 高一物理 嚴小六【教學目的】知識與技能1、知道什么是機械能，理解物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化；2、理解機械能守恒定律的內(nèi)容和適用條件；3、會判定具體問題中機械能是否守恒，能運用機械能守恒定律分析實際問題。過程與方法1、學習從物理現(xiàn)象分析、推導機械能守恒定律及適用條件的研究方法；2、初步掌握運用能量轉(zhuǎn)化和守恒來解釋物理現(xiàn)象及分析問題的方法。情感、態(tài)度與價值觀體會科學探究中的守恒思想，養(yǎng)成探究自然規(guī)律的科學態(tài)度，領悟機械能守恒規(guī)律解決問題的優(yōu)點，形成科學的價值觀。【教學重點】1、機械能守恒定律的推導與建立，以及機械能守恒定律含義的理解；2、機械能守恒定律的條件和機械能守恒定

2、律的實際應用?！窘虒W難點】1、機械能守恒的條件及對機械能守恒定律的理解。2、正確分析物體系統(tǒng)內(nèi)所具有的機械能，判斷研究對象在所經(jīng)歷的過程中機械能是否守恒?！窘虒W器材】鋼球、細線、小球、釘子，鐵架臺、彈簧振子,氣墊導軌等?！窘虒W過程】 (一)引入新課(5分鐘)結合復習引入新課。1、提出課題機械能守恒定律。（板書）2、力做功的過程也是能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式的過程，物體的動能和勢能總和稱為機械能，例舉：通過重力或彈力做功，動能與勢能相互轉(zhuǎn)化。（展示圖片和視頻）動能撐桿跳高動能彈性勢能、重力勢能動能瀑布：重力勢能動能蕩秋千：動能重力勢能 過山車：重力勢能動能 分析上述各個過程中能量轉(zhuǎn)換及重力、

3、彈力做功的情況。（學生回答后教師點評補充）(二)教學過程設計（30分鐘）1、探尋守恒量：問題伽利略的理想實驗的內(nèi)容？（從力的角度）內(nèi)容：如圖所示，讓小球從斜面由靜止開始滾下，小球?qū)L上斜面，如果沒有摩擦，小球?qū)L到與斜面等高的地方。解釋：當小球在斜面1上向下滾時，重力沿斜面向下的分力使小球做加速運動，小球的速度越來越大；當小球滾上斜面2時，重力沿斜面向下的分力使小球做減速運動，小球的速度越來越小。但從動力學的角度不能解釋小球為什么會到達與斜面1上等高的地方，不會高也不會低。事實上，這一特點說明小球在運動的過程中，有一個量是不變的，即守恒的。這個量就是能量。分析：物體運動過程中，隨動能增大，物體

4、的勢能減?。环粗?，隨動能減小，物體的勢能增大，機械能不變。2、探究規(guī)律，并找出機械能不變的條件提出研究方法：在探究物理規(guī)律時，應該是由簡單到復雜，逐步深入，先對簡單的物理現(xiàn)象進行探究，然后加以推廣深化。在動能與勢能轉(zhuǎn)化的情景中，自由落體（只受重力）應該是比較簡單的。只受重力作用分析引導學生自主探究，如圖所示，小球下落過程中經(jīng)過高度h1的A點速度v1，經(jīng)高度h2的B點時速度為v2，由同學用學習過的知識（牛頓定律或動能定理），分析下落過程中A、B兩位置的機械能之間的數(shù)量關系。A點到B點，由重力做功和重力勢能變化的關系，得：由上二式，得： 移項后，得： 即 引導學生討論表達式的含義是什么？表達式的含

5、義又是什么？在表達式中左邊是物體動能的增加量，右邊是物體重力勢能減少量，該表達式說明：物體在下落過程中，重力做了多少正功，物體的重力勢能就減小多少，同時物體的動能就增加多少。 在表達式中，左邊是物體在末位置時的機械能，右邊是物體在初位置時的機械能，該式表示：動能和勢能之和即總的機械能保持不變。只有重力做功分析上述結論是在運動過程只受重力作用時候得到的，如果物體是沿光滑斜面下滑，上述結論成立嗎？（由同學推導，分析）沿光滑斜面下滑過程中，斜面的彈力不做功，由動能定理分析，通過重力做功，使重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，總的機械能保持不變。如果物體沿光滑曲面滑下，怎么分析？由學生通過重力勢能的分析中將曲面看成無

6、數(shù)個小斜面的處理方法，得出結論。小結：在只有重力做功的情形下，不論物體做直線運動還是曲線運動，總的機械能保持不變。進一步分析課本上的“例題”，擺球擺動過程受重力與細線拉力，兩拉力方向始終與運動方向垂直，不做功，則上式推導過程及結論都相同。分析守恒條件分析討論：泡沫球?qū)嶒灪秃诎鍍A斜后球不能擺到等高處的原因。泡沫球受到的阻力不能忽略，前面的推導過程中，從能量轉(zhuǎn)化角度看，有機械能轉(zhuǎn)化為熱能，所以機械能將不斷減少。通過實驗和理論推導的證明：只有重力做功時，物體系統(tǒng)內(nèi)的機械能守恒。（此處應說明：重力勢能是物體和地球組成的系統(tǒng)具有的）如圖所示,在豎直向下方向運動的小球,受重力和外力作用下, 小球下落過程中

7、經(jīng)過高度h1的A點速度v1，經(jīng)高度h2的B點時速度為v2，由同學用學習過的知識（牛頓定律或動能定理），A點到B點，對物體根據(jù)動能定理,得:由重力做功和重力勢能變化的關系，得：由上二式,得 除重力和彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi),做功是物體機械能的變化.只有彈力做功分析提出問題：勢能包括重力勢能和彈性勢能，只有彈力做功時，機械能與守恒嗎？實驗4：氣墊導軌上的水平彈簧振子，觀察振動過程。由同學討論振動過程的能量轉(zhuǎn)化和實驗結論，結合前NABCGF面已經(jīng)探究過的彈力做功與彈性勢能的關系，類比重力做功，進行分析。 又 則 結論：只有彈力做功時，系統(tǒng)機械能守恒.只有重力和彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)分析實驗5：豎直彈簧振子

8、的振動，觀察現(xiàn)象，作出分析。共同分析，得出結論（板書）：分析守恒條件，歸納結論在只有重力和彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能和勢能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的機械能保持不變引導學生分析結論，加深理解“在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)”是機械能守恒的條件“而總的機械能保持不變”是結論“動能和勢能可以互相轉(zhuǎn)化”是系統(tǒng)內(nèi)重力或彈力做功的結果。從能量轉(zhuǎn)化角度看，機械能守恒定律是普遍的能量守恒定律的一種特殊情況。條件：只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)。公式：（）（板書）（三）、鞏固應用(8分鐘)指導學生對規(guī)律探究過程進行歸納小結，然后針對性地加以鞏固應用。例1：分析下列情況下機械能是否守恒？A跳傘運動員從空中勻速下落過程

9、B物體以8m/s2在空中下落過程 C物體作平拋運動過程D物體在細線拉力作用下沿光滑斜面上滑過程例2：下列情況中，物體的機械能有可能不變的是A物體所受合外力為零，重力對物體做正功B物體所受合外力為零，重力對物體做負功C物體以5m/s2的加速度做直線運動D物體以不變的速率在豎直平面內(nèi)做曲線運動通過以上兩例具體問題，鞏固對機械能守恒條件的理解和掌握。例1中D選項用意是讓學生清楚應該是系統(tǒng)內(nèi)彈力做功機械能才守恒。例2各選項的目的是讓學生能了解各種實際的運動情景進行分析。AlCO例3：把一個小球用細繩懸掛起來，就成為一個擺（如圖），擺長為l ,最大偏角為。小球運動到最低位置時的速度是多大？分析：這個問題

10、直接用牛頓第二定律和運動學的公式來處理，需要用高等數(shù)學。通過前面的分析，我們知道小球在擺動過程中機械能守恒，可以用機械能守恒定律求解。解：（略）（對學生的回答進行評價、修正，讓學生認識到，物體重力勢能大小與所選取的參考平面（零勢面）有關；而重力勢能的變化量是與所選取的參考平面無關的。在討論物體系統(tǒng)的機械能時，應先確定參考平面。）在應用的基礎上，歸納使用機械能守恒定律解題的一般步驟：1、受力分析；2、判斷是否符合機械能守恒定律的條件只有重力或彈力做功物體系統(tǒng)內(nèi)；3、列出初、末兩個狀態(tài)的機械能（E1、E2）；4、根據(jù)機械能守恒定律列出等式求解；5、討論最后結果的物理意義。(四)課堂小結（2分鐘）機

11、械能守恒定律內(nèi)容：在只有重力和彈簧彈力對物體做功的情況下，物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，物體機械能總量保持不變。表達式：E2=E1或Ek=-Ep。使用條件（判斷方法）：只受重力或彈力； 除重力或彈力外，其它力不做功； 除重力或彈力外，其它力做功的代數(shù)和為零。研究對象：物體與地球組成的系統(tǒng)（或物體與彈簧組成的系統(tǒng)）（五）教學設計說明（1）本節(jié)課按照“情景探究一一應用”的模式展開，具體做法是：引導和提出要探究的問題后，先讓學生做出猜測，之后通過演示實驗進行檢驗，在實驗數(shù)據(jù)分析的基礎上，再讓學生進一步做出推測，最后對所涉及的實例進行綜合分析得出機械能守恒定律。（2）本節(jié)課充分尊重學生學習概念的過程，即以歸納、概括為主的思維過程。它不是機械地重復歷史中的“原始創(chuàng)造”，而是根據(jù)學生自己的體驗，用他們自己的思維方式，重新建構有關物理知識，即學生的“再創(chuàng)造”過程。（3）本節(jié)課充分重視實驗的作用，以加強學生的體驗，從而幫助學生自主建構知識。（4）本節(jié)課充分理順知識邏輯關系，為學生的學習鋪設臺階。（5）本節(jié)課注重體現(xiàn)三維教學目標除上述提到的知識、過程外，本節(jié)課還努力潛移默化地滲透情感態(tài)度與價值觀的教育。（六）板書設計一、機械能：物體的動能和勢能之和稱為物體的機械能。 二、物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化。三、機械能守恒