机械能守恒定律教案.docx

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机械能守恒定律教案

《机械能守恒定律》教案（总9页）

机械能守恒定律

洛宁县第一高级中学韦淑平

一、教学目标:

1、知识与技能

（1）知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化；

（2）掌握机械能守恒定律的内容及得出过程；

（3）会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决有关问题，并领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性。

2、过程与方法

（1）学会在具体的问题中判定物体的机械能是否守恒；

（2）初步学会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象，分析物理问题。

3、情感、态度与价值观

通过机械能守恒定律的教学，使学生树立科学的观点，理解和运用自然界客观存在的规律，来解决生活中的实际问题。

二、教学重点：

（1）掌握机械能守恒定律的内容及其条件。

（2）能在具体问题中判断机械能是否守恒，并能运用机械能守恒定律解决问题。

三、教学难点：

从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件；能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。

四、教学方法：

演绎推理法、分析归纳法、交流讨论法、探究式教学法。

五、教学工具：

多媒体课件、细线、小球、带标尺的铁架台、弹簧振子。

六、教学过程设计：

（一）引入新课

1、思考提问：

（1）、前几节我们学习了哪几种形式的能各怎么表示

（2）、动能定理的内容是什么？

（3）、重力做功和重力势能变化的关系是什么？

2、机械能

（1）、概念：

动能、重力势能和弹性势能统称机械能，某状态的机械能等于动能与势能之和。

（2）、表达式：

这些不同形式的能是可以相互转化的，那么在相互转化的过程中，他们的总量是否发生变化？

这节课我们就来探究这方面的问题。

（二）新课教学

1、动能与势能的相互转化

（1）创设情景：

列举生活中的实例（多媒体放课件），让学生试着分析在不考虑阻力的情况下，下面几种情况动能和势能是怎么转化的猜想动能和势能的总和有何特点

【学生活动】学生看完每一副动画后，相互讨论，然后由学生代表发言，阐述各自的观点

【教师点评】上面几种情况都是动能和势能相互转化，如果在不考虑阻力的情况下，动能和势能的总和保持不变。

（2）演示实验1：

如图，用细线、小球、带有标尺的铁架台等做实验。

把一个小球用细线悬挂起来，把小球拉到一定高度的A点，然后放开，小球在摆动过程中，记住它向右能够达到的最大高度C点。

如果用尺子在某一点P挡住细线，看一看这种情况下小球所能达到的最大高度B点。

观察实验现象，回答下面问题：

①、第一次小球向右能够达到的最大高度C点与A点的高度有何关系？

如果用尺子在P点挡住细线，这种情况下小球所能达到的最大高度B点和A点的高度又有何关系？

②、分析小球从A点到最低点O以及从最低点O到C点（或B点）的运动过程动能和重力势能怎样转化？

这个小实验说明了什么

【学生活动】观察演示实验，思考问题，并选出学生代表发表见解。

①、第一次小球向右能够达到的最大高度C点与A点的高度相同，如果用尺子在P点挡住细线，这种情况下小球虽然不能到达C点，但达到的最大高度B点与A点的高度相同。

②、小球从A点到最低点O的运动过程中，重力势能减少，动能增加；从最低点O到B点的运动过程中，动能减少，重力势能增加。

这个实验说明重力势能和动能的总和应该保持不变。

【教师点评】实验证明，小球在摆动过程中重力势能和动能在不断转化。

在摆动过程中，小球总能回到原来的高度。

可见，重力势能和动能的总和保持不变，即机械能保持不变。

（3）演示实验2：

如图，水平方向的弹簧振子，振子静止时在C点，把振子压到A点放手后，用弹簧振子演示动能和弹性势能的相互转化。

观察实验现象，回答下面问题：

①、每次小球是否都能回到A点？

②、小球从A点到C点以及从C点到B点的运动过程中，动能和弹性势能是怎样转化的这个小实验说明了什么

【学生活动】观察演示实验，思考并回答问题。

①、小球在往复运动过程中，每次小球都能回到A点.

②、小球从A点到C点的运动过程中，弹性势能减少，动能增加；从C点到B点的运动过程中，弹性势能增加，动能减少。

这个实验说明弹性势能和动能的总和应该保持不变。

【教师点评】小球在往复运动过程中弹性势能和动能在不断转化。

小球在往复运动过程中总能回到原来的位置A点，可见，弹性势能和动能的总和保持不变，即机械能保持不变。

通过上述分析，我们得到动能和势能之间可以相互转化，那么在动能和势能的转化过程中，动能和势能的总和是否真的保持不变？

下面我们就来定量讨论这个问题。

2、探究动能与势能转化规律

（1）创设情境（用多媒体放课件）

如图，一个质量为m的小球做自由落体运动或做平抛运动或做竖直上抛运动，经过某高度为h１的A点时速度为v１，到某高度为h2的B点时速度为v2，试分析在运动过程中小球受什么力哪些力做功并写出小球在A点时的机械能EA和在B点时的机械能EB，由动能定理、重力做功与重力势能变化的关系探究EA和EB的关系。

（为学生创设问题情境，引导学生运用所学知识独立推导出机械能守恒定律。

让学生亲历知识的获得过程）

【学生活动】学生根据教师的引导，在练习本上进行推导，推完后相互交流意见。

教师巡视指导，及时解决学生可能遇到的困难。

（2）分析推理

教师和学生一起一步一步分析推导过程，用多媒体出示出来，让学生和自己的推导过程进行对比。

A点机械能：

B点机械能：

由动能定理得：

由重力做功与重力势能变化的关系得：

由以上两式可以得到

即

即

【教师总结】在只有重力做功的物体系统内，物体的动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。

同样可以证明：

在只有弹力做功的物体系统内，动能和弹性势能可以相互转化，总的机械能也保持不变。

【思考与讨论】上面三个例子小球都仅受重力，假如物体除

了受重力外，还受其它力,而其它力不做功，机械能是否守恒?

例如：

（投影）质量为m的物体从光滑斜面上滑下的过程

中，小球的机械能是否守恒

【讨论与交流】学生前后四人一组，分组讨论，讨论后选取代表发表各自的意见，进行交流。

【教师点评】根据学生的意见，教师帮助学生总结机械能守恒定律的条件是不论物体受几个力，只要只有重力（或弹力）做功，物体的机械能就守恒。

3、机械能守恒定律

（1）内容:

在只有重力（或弹力）做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。

（2）对象：

相互作用的物体系统内

（3）表达式:

①

即

②

③

（4）条件：

只有重力（或弹力）做功的物体系统内

【教师点评】对机械能守恒定律条件的理解：

（1）、只受重力或弹力；

（2）、除受重力或弹力外，还受其它力，但其它力不做功或其它力所做功代数和为零

例题:

（多媒体出示）把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆，摆长为l，最大偏角为θ。

小球运动到最低位置时的速度是多大？

试分析：

1、小球受哪些力的作用？

2、哪些力对小球做功小球的机械能是否守恒若守恒，选最低点O为零势能面，则A点的机械能和O点的机械能如何表示由机械能守恒定律如何列方程求解

【学生活动】学生先独立思考，然后在练习本上做题。

教师巡视指导，及时解决学生可能遇到的困难和问题。

（学生做完后，教师用多媒体投影正确的解题过程，并讲解做题的技巧和注意事项）

解题过程：

解：

选择小球在最低位置时所在的水平面为参考平面。

小球在最高点时为初状态

初状态的动能：

初状态的重力势能：

初状态的机械能：

小球在最低点时为末状态

末状态的动能：

末状态的重力势能：

末状态的机械能：

根据机械能守恒定律得：

即

所以

【教师点评】用机械能守恒定律解题时，先选取研究对象，再根据机械能守恒的条件判断运动过程中机械能是否守恒，若守恒，最后由机械能守恒定律列方程求解。

【思考与讨论】你能不能直接用牛顿第二定律和运动学的公式来处理这个问题（学生分组讨论后，由学生代表发言）

【教师点评】

应用机械能守恒定律解题的优点：

机械能守恒定律不涉及运动过程中的加速度和时间，用它来处理问题要比牛顿运动定律方便；应用机械能守恒定律解决问题，只需考虑运动的始、末状态，不必考虑两个状态之间过程的细节。

如果直接用牛顿运动定律解决问题，往往要分析过程中各个力的作用，而这些力往往又是变化的，因此一些难以用牛顿运动定律解决的问题，应用机械能守恒定律则易于解决。

4、机械能守恒定律解题的一般步骤：

（师生共同总结）

（1）、根据题意选取研究对象

（2）、明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒。

（3）、恰当地选取零势能面，确定研究对象在过程中的始态或末态的机械能。

（4）、根据机械能守恒定律的不同表达式列方程求解。

说一说:

（放多媒体课件）下列实例中哪些情况机械能是守恒的

（1）跳伞员用降落伞在空中匀速下落（答案：

不守恒）

（2）抛出的篮球在空中运动（不计阻力）（答案：

守恒）

（3）光滑水平面上运动的小球，把弹簧压缩后又被弹回来。

（答案：

守恒）

（4）用绳拉着一个物体沿着光滑的斜面匀速上升。

（答案：

不守恒）

【学生活动】选几个学生起来回答上面的问题，并说明为什么？

【教师点评】判断机械能是否守恒，关键看系统是否只有重力（或弹力）做功。

5、课堂练习：

（1）、下列几种情况中，机械能一定守恒的是：

（答案：

BC）

A.做匀速直线（F合=0）运动的物体

B.水平抛出的物体（不计空气阻力）

C.固定光滑曲面上运动的物体。

D.物体以的加速度竖直向上做匀减速运动

（2）、下列关于物体机械能守恒的说法中，正确的是：

（答案：

C）

A.做匀速直线运动的物体机械能一定守恒

B.合外力对物体不做功，物体的机械能一定守恒

C.物体只发生动能与势能的相互转化时，物体的机械能守恒

D.运动的物体，若受合外力为零，则其机械能一定守恒

E.做匀变速运动的物体的机械能不可能守恒

（3）、一小球从高1m，长2m光滑斜面顶端滑下。

不计空气阻力，

求物体滑到斜面底端速度的大小？

（答案：

）

6、知识小结：

机械能守恒定律：

（1）内容：

在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。

（2）对象：

相互作用的物体系统内

（3）表达式：

①

即

②

③

（4）条件：

只有重力（或弹力）做功

机械能守恒定律解题的一般步骤：

（1）、根据题意选取研究对象

（2）、明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒。

（3）、恰当地选取零势能面，确定研究对象在过程中的始态或末态的机械能。

（4）、根据机械能守恒定律的不同表达式列方程求解。

七、板书设计：

机械能守恒定律：

（1）内容：

在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。

（2）对象：

相互作用的物体系统内

（3）表达式：

①

即

②

③

（4）条件：

只有重力（或弹力）做功

机械能守恒定律解题的一般步骤：

（1）、根据题意选取研究对象

（2）、明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒。

（3）、恰当地选取零势能面，确定研究对象在过程中的始态或末态的机械能。

（4）、根据机械能守恒定律的不同表达式列方程求解。

八、作业布置:

课本72页第2、3、4题