“機械能守恒”教學(xué)設(shè)計

1、“機械能守恒”教學(xué)設(shè)計義烏中學(xué)物理組王樹民【教材分析】機械能守恒定律一節(jié)的內(nèi)容與本章的各節(jié)內(nèi)容有緊密的邏輯關(guān)系，是全章知識鏈中重要的一環(huán)，機械能守恒定律的探究建立在前面所學(xué)知識的基礎(chǔ)上，而機械能守恒定律又是普遍的能量守恒定律的一種特殊情況，教材通過“做一做”小實驗展示了與探究守恒量的聯(lián)系，通過多個具體實例，先猜測動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，引出對機械能守恒定律及守恒條件的探究，聯(lián)系重力勢能和重力做功及彈性勢能與彈力做功的關(guān)系的學(xué)習(xí)，由定性分析到定量計算， 逐步深入，最后得出結(jié)論，并通過應(yīng)用使學(xué)生領(lǐng)會定律在解決實際問題時的優(yōu)越性。在教學(xué)設(shè)計時，要根據(jù)教材內(nèi)在的邏輯關(guān)系和學(xué)生認知的發(fā)展規(guī)律來設(shè)計教

2、學(xué)活動的基本流程，力求達到最優(yōu)化的組合。本設(shè)計力圖通過生活實例和物理實驗, 展示相關(guān)情景，激發(fā)學(xué)生的求知欲，引出對機械能守恒定律的探究, 體現(xiàn)從 “生活走向物理”的理念 , 通過建立物理模型, 由淺入深進行探究讓學(xué)生領(lǐng)會科學(xué)的研究方法, 并通過規(guī)律應(yīng)用鞏固知識, 體會物理規(guī)律對生活實踐的作用?！窘虒W(xué)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(xué)習(xí)從物理現(xiàn)象分析、推導(dǎo)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

3、及分析問題的方法。 情感、態(tài)度與價值觀體會科學(xué)探究中的守恒思想，養(yǎng)成探究自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度，領(lǐng)悟機械能守恒規(guī)律解決問題的優(yōu)點，形成科學(xué)價值觀?！窘虒W(xué)重點】1、機械能守恒定律的推導(dǎo)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律的實際應(yīng)用?！窘虒W(xué)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(xué)器材】鋼球、細線、小球、釘子，鐵架臺、彈簧振子，氣墊導(dǎo)軌等?！窘虒W(xué)過程】一、導(dǎo)入新課1、提出課題一機械能守恒定律。（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

4、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。（展布圖片和視頻）瀑布（自由落體）：重力勢能動能湯秋千：動能重力勢能過山車：動能重力勢能動能撐桿跳高動能彈性勢能、重力勢能動能分析上述各個過程中能量轉(zhuǎn)換及重力、彈力做功的情況。實驗1:（激疑）鋼球用細繩懸起，請一同學(xué)靠近，將鋼球偏至同學(xué)鼻子處釋放，擺回時,觀察該同學(xué)反應(yīng)。釋放鋼球后，學(xué)生聯(lián)系到伽利略理想實驗中的判斷, 高處，不會碰到鼻子。二、新課教學(xué)1、探究守恒量實驗2:將小鋼球用細線懸掛一端固定在的小黑板上部,讓小球擺動，通過實驗發(fā)現(xiàn)，小球可以擺到跟認識到若無空氣阻力，應(yīng)該擺到等釋放點等高處，再用一釘子固定在小黑板上某

5、點擋住細線，再觀察，發(fā)現(xiàn)仍等高。引導(dǎo)學(xué)生討論探究擺動中能量轉(zhuǎn)換，分析實驗現(xiàn)象所展示的能量轉(zhuǎn)化特點，實驗1和實驗2中小球在擺動過程中通過重力做功，勢能與動能互相轉(zhuǎn)換:重力做正功，重力勢能減少，動能增加；重力做負功，重力勢能增加，動能減少。小球擺動過程中總能回到原來高度，好像“記得”自己原來的高度，說明在擺動過程中有一個物理量是保持不變的，是什么呢？重力勢能與動能的總和保持不變，也就是機械能保持不變。實驗3:將小黑板傾斜，讓小鋼球靠著黑板運動，觀察現(xiàn)象。小黑板不傾斜，將小鋼球換成泡沫球再做，觀察現(xiàn)象。小球有時能擺到原來的高度，有時不能擺到原來的高度。2、探究規(guī)律，并找出機械能不變的條件。提出研究方

6、法：在探究物理規(guī)律時，應(yīng)該是由簡單到復(fù)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(yīng)該是比較簡單的。只受重力作用分析引導(dǎo)學(xué)生自主探究，不失一般性，設(shè)下落過程中經(jīng)過高度hi的A點速度vi,高度h2的B點時速度為V2, 由同學(xué)用學(xué)習(xí)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(guān)系。A 點至U B 點，Wg= mv22 mvi2= Ek2- Eki 22由重力做功和重力勢能變化的關(guān)系有WG=mghi- mgh2=Epi- EP2得至UEK2- Eki=Epi- Ep2 移項后，得 Epi+Eki =

7、Ep2+Ek2 即Ei=E2引導(dǎo)學(xué)生討論式的含義是什么？式的含義又是什么？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(jié)論是在運動過程只受重力作用的時候得到的，如果物體是沿光滑斜面下滑，上述結(jié)論成立嗎？（由同學(xué)推導(dǎo)，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

8、果物體沿光滑曲面滑下，怎么分析?由學(xué)生通過重力勢能的分析中將曲面看成無數(shù)個小斜面的處理方法，得出結(jié)論。小結(jié)：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。進一步分析實驗 2,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(dǎo)過程及結(jié)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(dǎo)過程中W=Wg+W3Epi+Eki WEp#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。通過實驗和理論推導(dǎo)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(yīng)說明：重

9、力勢能是物體和地球組成的系統(tǒng)具有的）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(dǎo)軌上的水平彈簧振子，觀察振動過程。由同學(xué)討論振動過程的能量轉(zhuǎn)化和實驗結(jié)論，結(jié)合前 面已經(jīng)探究過的彈力做功與彈性勢能的關(guān)系，類比重力做 功，進行分析。Wf= Ek2 - Eki又 WF= Epi- EP2=Ek2- EK1貝U Epi+Eki = Ep2+Ek2結(jié)論：只有彈力做功時，系統(tǒng)機械能守恒系統(tǒng)內(nèi)只有重力和彈力做功分析實驗5:豎直彈簧振子的振動，觀察現(xiàn)象，作出分析。共同分析，得出結(jié)論 （板書）：分析守恒條件，歸納結(jié)論在只有重力和彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能

10、和勢能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的機械能保持不變引導(dǎo)學(xué)生分析結(jié)論，加深理解 ：“在只有重力和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(jié)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(jié)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：系統(tǒng)內(nèi)只有重力（或彈力）做功。公式：EP1+E K1 =EP2+EK2 （ E1=E2） （ 板書 ）共同分析書本中的思考與討論：一小球在真空中下落，有一質(zhì)量相同的小球在粘滯性較大的液體中勻速下落，它們都因高度為hi的地方下落到h2的地方，在兩種情況下，重力所做的功相等嗎？重力勢能各轉(zhuǎn)化為什么形式的能？機械能守恒嗎

11、？三、鞏固應(yīng)用：指導(dǎo)學(xué)生對規(guī)律探究過程進行歸納小結(jié)，然后針對性地加以鞏固應(yīng)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.物彳以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(xué)生清楚應(yīng)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

12、學(xué)生能聯(lián)系各種實際的運動情景進行分析。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： 這個問題直接用牛頓第二定律和運動學(xué)的公式來處理，需要用高等數(shù)學(xué)。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(xué)生的回答進行評價、修正，讓學(xué)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(guān)；而重力勢能的變化量是與所選取的參考平面無關(guān)的。在討論物體系統(tǒng)的機械能時，應(yīng)先確定參考平面。）在應(yīng)用的基礎(chǔ)上，歸納使用機械能守恒定律解題的一般步驟：、受力分析，判斷是否符合機械能守恒定律的條件一一只有重力或彈力做功；2、列出初、末兩個狀態(tài)的機械能（ E1、E2）;3、根據(jù)機械能守恒定律列出等式求解（Ei = E2） °設(shè)問：你能不能直接用牛頓第二定律和運動學(xué)的公式來處理這個問題？通過設(shè)問讓學(xué)生了解機械能守恒定律解決問題時的優(yōu)越性