機械能守恒定律(教學設計)

1、課 題7.8機械能守恒定律本 早 地 位本章通過對功能關系的討論，完成對能量概念的更深入的認識。本章是高中階 段物理學習的基礎內(nèi)容之一，計時力學問題的基礎和綜合，也是學習其他物理學知 識的重要基礎。本 節(jié) 地 位機械能守恒定律T 的內(nèi)容與本章的各節(jié)內(nèi)容有緊密的邏輯關系,是全章知識 鏈中重要的一環(huán).機械能守恒定律的探究既建立在前面所學知識的基礎上，又是普 遍的能量守恒定律的一種特殊情況學 情 分 析學生在初中時已經(jīng)初步學習過機械能和機械能守恒，學生對這部分內(nèi)容已經(jīng)有 了簡單的了解，同時，學生學習了重力勢能、彈性勢能和動能，并對這些能量的變 化有了基本的認識，入也可以利用這些知識進行機械能守恒的推

2、導。教 學 目 標知識與能力1、知道什么是機械能，知道物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化；2、會正確推導物體在光滑曲面上運動過程中的機械能守恒，理解機械能守恒定律的內(nèi)容，知道它的含義和適用條件；3、在具體問題中，能判定機械能是否守恒，并能列出機械能守恒的方程式。過程與方法1、學會在具體的問題中判定物體的機械能是否守恒；2、初步學會從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點來解釋物理現(xiàn)象，分析問題。情感與態(tài)度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、機械守恒定律的條件和機械守恒定律的

3、實際應用。教學難點1、機械能守恒的條件及對機械能守恒定律的理解。2、能正確判斷研究對象在所經(jīng)歷的過程中機械能是否守恒,能正確分析物體系統(tǒng)所具有的機械能，尤其是分析、判斷物體所具有的重力勢能。教學方法演繹推導法 分析歸納法 交流討論法教學用具細線、小鋼球、塑料小球、帶標尺的鐵架臺、彈簧振子學習方法小組合作法知 識 脈 絡研究對象：物體與地球組成的系統(tǒng)（或物體與彈簧組成的系統(tǒng)）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。1彳表達式：E2=Ei或&-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

4、外，其它力做功的代數(shù)和 為零。教 學 環(huán) 節(jié) 和 教 學 內(nèi) 容教師活動學生活動設計意圖（一） 回顧復習我們已學習了重力勢能、彈性勢能、動 能。請同學們回答一下問題：（1）重力勢能的變化與什么肩關； （2）彈性勢能的變化與什么肩關； （3）動能的變化與什么肩關。（二）引入新課這些不同形式的能是可以相互轉(zhuǎn)化的， 那么在相互轉(zhuǎn)化的過程中，他們的總量 是否發(fā)生變化？這節(jié)課我們就來探究 這方面的問題。（三）新課教學學生回答：1 .重力勢能的變化與重力做功有美：W=Bl-Ep22 .彈性勢能的變化與彈力 做功有美：W單二國Ep23 .動能的變化與合力做功肩美：W合二2-Eki回顧舊知，為 本節(jié)課的學 習

5、弗卜基礎教學環(huán)節(jié)1、機械能及其特點問：什么是機械能，如何用公式表示？學生回答：物體動能與勢能(重力勢能 和彈性勢能)的總和叫做機 械能E=E+EP類比動勢能 性質(zhì)，分析新類比動能、重力勢能和彈性勢能,請同和 教 學 內(nèi) 容學判斷機械能的下列性質(zhì)：(1)機械能是矢量還是標量？(2)機械能是狀態(tài)量還是過程量？(3)物體具有的機械能具是絕對的還是相對的？知識(4)機械能是物體單獨具有還是系統(tǒng)所共同具有的？2、動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化(1)重力勢能與動能的轉(zhuǎn)化f I、息二111(2)(3)問：分析上面三副圖,哪些力對小球做學生交流討論并回答：(1)機械能是標量(2)機械能是狀態(tài)量(3)機械能具有相對性，研

6、 究物體的機械能要選取經(jīng)受 平向。(4)機械能是系統(tǒng)所具有的學生回答：叨？重力對物體做正功，物體重鞏固做功與小球的能量如何轉(zhuǎn)化,力勢能減小，動能增大，重能量變化關動能與重力勢能間的相互轉(zhuǎn)化，與什么力勢能轉(zhuǎn)化為動能；重力對系，為引出能 量守恒做準物體做負功，物體重力勢能 增大，動能減小，動能轉(zhuǎn)化備教學環(huán)節(jié)和教小結：重力對物依 勢能和動能發(fā)生臚(2)彈性勢能上M故功，物體的重力 互轉(zhuǎn)化。4動能的轉(zhuǎn)化m為重力勢能。學 內(nèi) 容-X,nX=0+Xm在滑塊振動的過程中，什么力對滑塊 做功?滑塊的能量怎樣進行轉(zhuǎn)化？ 動能與彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化，與什么有 關？小結：彈力對物體做功，系統(tǒng)的彈性 勢能和動能發(fā)生相互

7、轉(zhuǎn)化。問：機械能是如何從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式的呢？總結：通過重力或彈力做功，機械能可 以從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式。思考與討論：在只有重力或彈力做功的學生交流討論并回答： 彈力對物體做正功，弓單簧彈 性勢能減小，物體動能增 大，彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能； 彈力對物體做負功，弓單簧彈 性勢能增大，物體動能減 小，動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能。學生回答：通過重力或彈力 做功類比重力與 重力勢能關 系，分析彈性 勢能與動能 間轉(zhuǎn)化，提升 學生分析能 力系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)的機械能有什么特點呢？ 在不只有重力或彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)， 系 統(tǒng)的機械能又有什么特點？根據(jù)初步分 析，做出假 設。學生交流與討論：在只有重力或彈力做功

8、的系 統(tǒng)內(nèi)，只有動能和勢能發(fā)生 轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)的機械能可能不 變。在不只有重力或彈力做 功的系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)的機械能 可能發(fā)生改變。教 學 環(huán) 節(jié) 和 教 學 內(nèi) 容演示實驗1:如圖，用細線、小鋼球、塑料小球、帶有標尺的鐵架臺等做實驗。利用演示實 驗，讓學生感 受機械能守 包現(xiàn)象，培養(yǎng) 學生的觀察 分析能力。小鋼球用細線懸掛起來，拉到一定 高度的A點，然后放開，在小球在擺動 過程中，能量怎樣轉(zhuǎn)化？小球擺動后到 達的最高點與原位置有什么關系？如果用尺子在某一點擋住細線，又能觀察到什么?學生觀察演示實驗，思考問 題，選出代表發(fā)表見解： 小球在擺動過程中，重力勢 能和動能相互轉(zhuǎn)化。我們看 到，小球可以擺到跟

9、A點等 高的C點。如果用尺子在某一點擋住細 線，小球雖然不能擺到C點, 但擺到另一側(cè)時，也能達到 跟A點相同的高度，問題：這個小實驗中，小球的受力情況 如何？各個力的做功情況如何？這個 小實驗說明了什么？總結：物體在運動過程中，勢能和動能 發(fā)生轉(zhuǎn)化，但機械能總量保持不變(E2=El)的現(xiàn)象叫做機械能守恒。演示實驗2:將塑料小球用細線懸掛起 來，拉到相同局度的A點，然后放開， 會觀察到什么現(xiàn)象？機械能是否依然 守恒？如何分析觀察到的現(xiàn)象？小球在擺動過程中受重力和 純的拉力作用。拉力口速度 方向總垂直，對小球不做功； 只后重力對小球能做功。實驗證明，小球在擺動 過程中重力勢能和動能在不 斷轉(zhuǎn)化。在

10、擺動過程中，小 球總能回到原來的高度?？?見重力勢能和動能的總和， 即機械能應該保持不變。小球在擺動過程中，重力勢 能和動能相互轉(zhuǎn)化。我們看 至L小球不能擺到跟A點等 高的C點，如圖甲。如果用 尺子在某一點擋住細線，小 球仍然達/、到相同的高度。 小球在擺動過程中不僅受重 力口純的拉力作用還受空氣 阻力作用。阻力與小球運動 方向相反，對小球做負功。 機械能發(fā)生變化，不守恒。思考：什么時候機械能能夠守恒， 機械能守恒的條件是什么?分析與猜想：機械能守恒的 條件可能是只有重力或彈力 對物體做功。3、機械能守恒定律只受重力作 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hi的A點速度

11、vi,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。引導學生討論表達式的含義是什 么？表達式的含義又是什么？通過理論推 導，鍛煉學生 的推導分析 能力。學生分組自主探究：A點至B點，1212WG = mv2 - mv122由重力做功和重力勢能變化 的關系，得：WG = mgh1 mgh2 = Epi Ep2由上二式，得：Ek2 - Eki = Epi -Ep2移項后，得：Epi Eki = Ep2 Ek2即 Ei = E2學生思考回答：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

12、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。只肩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 而卜滑，上述結論成立嗎？小結：在只肩重力做功的情形下，不論 物體做直線運動還是曲線運動，總的機 械能保持/、艾。分析守恒條件分析討論：試用理論推導說明泡沫球?qū)嶒灪秃诎鍍A斜后球不能擺到等高處的原因。 怎樣 從能量轉(zhuǎn)換的角度分析呢？總結：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 包。只有彈力做功分析提出問題：勢能包括重力勢能和彈性勢在表達式中，左邊是物體 在末位置時的機械能，右邊 是物體在初位置時

13、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。學生推導，分析：沿光滑斜向卜滑過程中，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)化為功能，總的 機械能保持/、艾。泡沫球受到的阻力不能忽 略，前面的推導過程中W =WG +WFEpi *Eki E Ep2 + Ek2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。學生分析回答：與只有重力做功情況類似， 只有彈力做功時，只發(fā)生動 能與彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化， 因而機械能也是守恒的。能，只有彈力做功時，機械能與守恒 嗎？同學們嘗試推導一下，只有彈力做功 時，機械能守恒的情況。實驗4氣墊導軌上的水平彈簧

14、振子, 觀察振動過程。由學生討論振動過程的能量轉(zhuǎn)化 和實驗結論，結合前面進行分析。只有彈力做功時WF = Ek2 - Eki又 Wf = Epi Ep2 = Ek2 Eki貝U EP1 . EK1 = EP2 . EK2結論：只有彈力做功時，系 統(tǒng)機械能守恒.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 能保持不變說明：“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

15、或彈力做功的物體 系統(tǒng)內(nèi)。公式： E P1 . EK1 = EP2 EK2（E1 =E2）（板書）（四）、鞏固應用指導學生對規(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 包？A.跳傘運動員從空中勻速下落過程 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 曲線運動例3:把一個 小球用細繩懸 掛起

16、來，就成 為一個擺（如 圖），擺長為 l ,最大偏角A 為0。小球運 動到最低位置 時的速度是多大？（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。）根據(jù)以上例題，使用機械能守恒定律解學生獨立完成，并分組討論, 進行講解學生總結歸納：1、受力分析;通過練習，鞏 周新知。課后歸納總 結題的一般步驟是什么？2、判斷是否符合機械能 守恒定律的條件一一只肩重 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（Ei、£）;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。板書設計7.8機械能守恒定律一、機械能：物體的動能和勢能之和稱為物體的機械能。E=Ek +Ep二、物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化。三、機械能守恒定律1 .內(nèi)容：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能和彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機械能保持不變。2 .表達式：E1=E2或 E P1 + Eki = E P2 + E K2或 AEk =-AEp （動能的增加等于勢能的減少）3 .守恒條件：a、只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈簧彈力做功,其它力不做功（或其它力/力所做功為零）b、只發(fā)生動能和勢能間的相互轉(zhuǎn)化。課 后