機(jī)械能守恒定律一輪復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)

1、機(jī)械能守恒定律教學(xué)設(shè)計(jì) 陜西省安康市寧陜縣寧陜中學(xué)教師 周 華【教材分析】機(jī)械能守恒定律這一節(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(shí)鏈中重要的一環(huán)機(jī)械能守恒定律的探究既建立在前面所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，又是普遍的能量守恒定律的一種特殊情況，教材開(kāi)始通過(guò)自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，聯(lián)系第一節(jié)中追尋守恒量通過(guò)多個(gè)具體實(shí)例，先猜測(cè)動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，引出對(duì)機(jī)械能守恒定律及守恒條件的探究，聯(lián)系重力勢(shì)能和重力做功關(guān)系的學(xué)習(xí)，由定性分析到定量計(jì)算，逐步深入，最后得出結(jié)論，并通過(guò)應(yīng)用使學(xué)生領(lǐng)會(huì)機(jī)械能守恒定律在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)的優(yōu)越性。在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)教材內(nèi)在的邏輯關(guān)系和學(xué)生認(rèn)知的發(fā)展規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)

2、的基本流程，力求達(dá)到最優(yōu)化的組合。本設(shè)計(jì)力圖通過(guò)生活實(shí)例和物理實(shí)驗(yàn),展示相關(guān)情景，激發(fā)學(xué)生的求知欲，引出對(duì)機(jī)械能守恒定律的探究,體現(xiàn)從“生活走向物理”的理念,通過(guò)建立物理模型,由淺入深進(jìn)行探究,讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)科學(xué)的研究方法,并通過(guò)規(guī)律應(yīng)用鞏固知識(shí),體會(huì)物理規(guī)律對(duì)生活實(shí)踐的作用。【教學(xué)目標(biāo)】（一）知識(shí)與技能1、知道什么是機(jī)械能，理解物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化；2、理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容和適用條件；3、會(huì)判定具體問(wèn)題中機(jī)械能是否守恒，能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律分析實(shí)際問(wèn)題。（二）過(guò)程與方法1、學(xué)習(xí)從物理現(xiàn)象分析、推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律及適用條件的研究方法；2、初步掌握運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化和守恒來(lái)解釋物理現(xiàn)象及分析問(wèn)

3、題的方法。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀體會(huì)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(jī)械能守恒規(guī)律解決問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn)，形成科學(xué)的價(jià)值觀。【教學(xué)重點(diǎn)】1、機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)與建立，以及機(jī)械能守恒定律含義的理解；2、機(jī)械能守恒定律的條件和機(jī)械能守恒定律的實(shí)際應(yīng)用。【教學(xué)難點(diǎn)】1、機(jī)械能守恒的條件及對(duì)機(jī)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(jī)械能，判斷研究對(duì)象在所經(jīng)歷的過(guò)程中機(jī)械能是否守恒【教學(xué)過(guò)程】 一、引入新課 前面咱們學(xué)習(xí)了動(dòng)能和勢(shì)能的概念，一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體既具有動(dòng)能也具有勢(shì)能，我們把物體所具有動(dòng)能和勢(shì)能之和稱為機(jī)械能。二、教學(xué)過(guò)程1動(dòng)能和勢(shì)能之間可以相互轉(zhuǎn)化。（以實(shí)例的形式引

4、入）（1）自由落體運(yùn)動(dòng)（2）平拋運(yùn)動(dòng)（3）單擺的擺動(dòng)過(guò)程（4）物體在光滑斜面上自由下滑（5）物體由一個(gè)光滑曲面滾下，然后滾上另一個(gè)光滑曲面（6）水平放置的壓縮彈簧將小球彈出（7）小球壓縮豎直彈簧的過(guò)程（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）活動(dòng)：學(xué)生分析上面各個(gè)情況中能量轉(zhuǎn)化教師：上面的例子中15說(shuō)明了動(dòng)能和勢(shì)能之間是可以相互轉(zhuǎn)化的，例子6說(shuō)明動(dòng)能和彈性勢(shì)能之間是可以相互轉(zhuǎn)化的，例子7說(shuō)明動(dòng)能、重力勢(shì)能、與彈性勢(shì)能三者之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。教師提問(wèn)：那這些過(guò)程中物體的機(jī)械能變了嗎？學(xué)生:沒(méi)有改變2、探究規(guī)律，并找出機(jī)械能不變的條件提出研究方法：在探究物理規(guī)律時(shí)，應(yīng)該是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，逐步深入，

5、先對(duì)簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象進(jìn)行探究，然后加以推廣深化。在動(dòng)能與勢(shì)能轉(zhuǎn)化的情景中，自由落體運(yùn)動(dòng)（只受重力）應(yīng)該是比較簡(jiǎn)單的。（1）只受重力作用分析引導(dǎo)學(xué)生自主探究，如圖所示，小球下落過(guò)程中經(jīng)過(guò)高度h1的A點(diǎn)速度v1，經(jīng)高度h2的B點(diǎn)時(shí)速度為v2，由同學(xué)用學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)（牛頓定律或動(dòng)能定理），分析下落過(guò)程中A、B兩位置的機(jī)械能之間的數(shù)量關(guān)系。A點(diǎn)到B點(diǎn)，由重力做功和重力勢(shì)能變化的關(guān)系，得：由上二式，得： 移項(xiàng)后，得： 即 引導(dǎo)學(xué)生討論表達(dá)式的含義是什么？表達(dá)式的含義又是什么？在表達(dá)式中左邊是物體動(dòng)能的增加量，右邊是物體重力勢(shì)能減少量，該表達(dá)式說(shuō)明：物體在下落過(guò)程中，重力做了多少正功，物體的重力勢(shì)能就減小多少

6、，同時(shí)物體的動(dòng)能就增加多少。 在表達(dá)式中，左邊是物體在末位置時(shí)的機(jī)械能，右邊是物體在初位置時(shí)的機(jī)械能，該式表示：動(dòng)能和勢(shì)能之和即總的機(jī)械能保持不變。（2）只有重力做功分析上述結(jié)論是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程只受重力作用時(shí)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(guò)程中，斜面的彈力不做功，由動(dòng)能定理分析，通過(guò)重力做功，使重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，總的機(jī)械能保持不變。如果物體沿光滑曲面滑下，怎么分析？由學(xué)生通過(guò)重力勢(shì)能的分析中將曲面看成無(wú)數(shù)個(gè)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，不論物體怎樣運(yùn)動(dòng)，總的機(jī)械能保持不變。我們用這個(gè)條件去考察上面的實(shí)例15：（

7、1）只受重力，重力的功等于合力的功，機(jī)械能守恒；（2）只受重力，重力的功等于合力的功，機(jī)械能守恒；（3）受重力和繩拉力，但繩拉力不做功，因此有重力功等于合力功，機(jī)械能守恒；（4）受重力和支持力，但支持力不做功，因此有重力功等于合力功，機(jī)械能守恒；（5）受重力和支持力，但支持力不做功，因此有重力功等于合力功，機(jī)械能守恒；同理彈力做功跟重力做功類似，也只是使能量在機(jī)械能內(nèi)部轉(zhuǎn)化，因而也不改變機(jī)械能的總量。由“只有重力做功，機(jī)械能守恒”可以得到相似的結(jié)論：只有彈力做功，機(jī)械能也守恒。 【歸納結(jié)論】 在只有重力和彈力做功情況下，物體的動(dòng)能和勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。這就是機(jī)械能守恒定律

8、。(3）引導(dǎo)學(xué)生分析結(jié)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(jī)械能守恒的條件“而總的機(jī)械能保持不變”是結(jié)論“動(dòng)能和勢(shì)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。只有重力或彈力做功的條件包含三種情況： 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。三、 鞏固應(yīng)用指導(dǎo)學(xué)生對(duì)規(guī)律探究過(guò)程進(jìn)行歸納小結(jié)，然后針對(duì)性地加以鞏固應(yīng)用。例1：分析下列情況下機(jī)械能是否守恒？A跳傘運(yùn)動(dòng)員從空中勻速下落過(guò)程B物體以8m/s2在空中加速下落過(guò)程 C物體作平拋運(yùn)動(dòng)過(guò)程D物體在細(xì)線拉力作用下沿光滑斜面上滑過(guò)程例2：下列情況中，物體的機(jī)械能有可能不變的是A物體所受合外

9、力為零，重力對(duì)物體做正功B物體所受合外力為零，重力對(duì)物體做負(fù)功C物體以5m/s2的加速度做直線運(yùn)動(dòng)D物體以不變的速率在豎直平面內(nèi)做曲線運(yùn)動(dòng)說(shuō)明 通過(guò)以上兩例具體問(wèn)題，鞏固對(duì)機(jī)械能守恒條件的理解和掌握。例1中D選項(xiàng)用意是讓學(xué)生清楚只有彈力做功是指彈簧的彈力。 例2各選項(xiàng)的目的是讓學(xué)生能聯(lián)系各種實(shí)際的運(yùn)動(dòng)情景進(jìn)行分析。AlCO例3： 把一個(gè)小球用細(xì)繩懸掛起來(lái)，就成為一個(gè)擺（如圖），擺長(zhǎng)為L(zhǎng) ,最大偏角為。小球運(yùn)動(dòng)到最低位置時(shí)的速度是多大？分析：這個(gè)問(wèn)題直接用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)的公式來(lái)處理，需要用高等數(shù)學(xué)。通過(guò)前面的分析，我們知道小球在擺動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒，可以用機(jī)械能守恒定律求解。解：（略）對(duì)學(xué)

10、生的回答進(jìn)行評(píng)價(jià)、修正，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，物體重力勢(shì)能大小與所選取的參考平面（零勢(shì)面）有關(guān)；而重力勢(shì)能的變化量是與所選取的參考平面無(wú)關(guān)的。在討論物體系統(tǒng)的機(jī)械能時(shí)，應(yīng)先確定參考平面。歸納 使用機(jī)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(jī)械能守恒定律的條件只有重力或彈力做功；3.列出初、末兩個(gè)狀態(tài)的機(jī)械能（E1、E2）；4.根據(jù)機(jī)械能守恒定律列出等式； 5. 解方程四、板書(shū)：機(jī)械能守恒定律內(nèi)容：在只有重力和彈簧彈力對(duì)物體做功的情況下，物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，物體機(jī)械能總量保持不變。表達(dá)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(duì)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(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明 （1）本節(jié)課按照“情景探究應(yīng)用”的模式展開(kāi)，具體做法是：引導(dǎo)和提出要探究的問(wèn)題后，先讓學(xué)生做出猜測(cè)，再讓學(xué)生通過(guò)計(jì)算得出結(jié)論，最后對(duì)所涉及的各種實(shí)例得出機(jī)械能守恒定律的條件。 （2）本節(jié)課充分尊重學(xué)生學(xué)習(xí)概念的過(guò)程，即以歸納、概括為主的思維過(guò)程。它不是機(jī)械地重復(fù)歷史中的“原始創(chuàng)造”，而是根據(jù)