机械能守恒定律教学设计.docx

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机械能守恒定律教学设计

课题

7.8机械能守恒定律

本章地位

本章通过对功能关系的讨论，完成对能量概念的更深入的认识。

本章是高中阶段物理学习的基础内容之一，计时力学问题的基础和综合，也是学习其他物理学知识的重要基础。

本节地位

机械能守恒定律一节的内容与本章的各节内容有紧密的逻辑关系，是全章知识链中重要的一环．机械能守恒定律的探究既建立在前面所学知识的基础上，又是普遍的能量守恒定律的一种特殊情况

学情分析

学生在初中时已经初步学习过机械能和机械能守恒，学生对这部分内容已经有了简单的了解，同时，学生学习了重力势能、弹性势能和动能，并对这些能量的变化有了基本的认识，因而可以利用这些知识进行机械能守恒的推导。

教学目标

知识与能力

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、会正确推导物体在光滑曲面上运动过程中的机械能守恒，理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件；

3、在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式。

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，分析问题。

情感与态度

体会科学探究中的守恒思想，养成探究自然规律的科学态度，领悟机械能守恒规律解决问题的优点，形成科学的价值观。

教学重点

1、机械能守恒定律的推导与建立，以及机械能守恒定律含义的理解；

2、机械能守恒定律的条件和机械能守恒定律的实际应用。

教学难点

1、机械能守恒的条件及对机械能守恒定律的理解。

2、能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒，能正确分析物体系统所具有的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能。

教学方法

演绎推导法

分析归纳法

交流讨论法

教学用具

细线、小钢球、塑料小球、带标尺的铁架台、弹簧振子

学习方法

小组合作法

知识脉络

教学环节和教学内容

教学环节和教学内容

教学环节和教学内容

教学环节和教学内容

教师活动

学生活动

设计意图

（一）回顾复习

我们已学习了重力势能、弹性势能、动能。

请同学们回答一下问题：

（1）重力势能的变化与什么有关；

（2）弹性势能的变化与什么有关；

（3）动能的变化与什么有关。

（二）引入新课

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。

（三）新课教学

1、机械能及其特点

问：

什么是机械能，如何用公式表示？

类比动能、重力势能和弹性势能，请同学判断机械能的下列性质：

（1）机械能是矢量还是标量？

（2）机械能是状态量还是过程量？

（3）物体具有的机械能具是绝对的还是相对的？

（4）机械能是物体单独具有还是系统所共同具有的？

2、动能与势能的相互转化

（1）重力势能与动能的转化

问：

分析上面三副图，哪些力对小球做功？

小球的能量如何转化？

动能与重力势能间的相互转化，与什么有关？

小结：

重力对物体做功，物体的重力势能和动能发生相互转化。

（2）弹性势能与动能的转化

在滑块振动的过程中，什么力对滑块做功？

滑块的能量怎样进行转化？

动能与弹性势能的相互转化，与什么有关？

小结：

弹力对物体做功，系统的弹性势能和动能发生相互转化。

问：

机械能是如何从一种形式转化成另一种形式的呢？

总结：

通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化成另一种形式。

思考与讨论：

在只有重力或弹力做功的系统内，系统的机械能有什么特点呢？

在不只有重力或弹力做功的系统内，系统的机械能又有什么特点？

演示实验1：

如图，用细线、小钢球、塑料小球、带有标尺的铁架台等做实验。

小钢球用细线悬挂起来，拉到一定高度的A点，然后放开，在小球在摆动过程中，能量怎样转化？

小球摆动后到达的最高点与原位置有什么关系？

如果用尺子在某一点挡住细线，又能观察到什么？

问题：

这个小实验中，小球的受力情况如何？

各个力的做功情况如何？

这个小实验说明了什么？

总结：

物体在运动过程中，势能和动能发生转化，但机械能总量保持不变（E2=E1）的现象叫做机械能守恒。

演示实验2：

将塑料小球用细线悬挂起来，拉到相同高度的A点，然后放开，会观察到什么现象？

机械能是否依然守恒？

如何分析观察到的现象？

思考：

什么时候机械能能够守恒，机械能守恒的条件是什么？

3、机械能守恒定律

⑴只受重力作用分析

引导学生自主探究，如图所示，小球下落过程中经过高度h1的A点速度v1，经高度h2的B点时速度为v2，由同学用学习过的知识（牛顿定律或动能定理），分析下落过程中A、B两位置的机械能之间的数量关系。

引导学生讨论表达式①的含义是什么？

表达式②的含义又是什么？

⑵只有重力做功分析

上述结论是在运动过程只受重力作用时候得到的，如果物体是沿光滑斜面下滑，上述结论成立吗？

小结：

在只有重力做功的情形下，不论物体做直线运动还是曲线运动，总的机械能保持不变。

⑶分析守恒条件

分析讨论：

试用理论推导说明泡沫球实验和黑板倾斜后球不能摆到等高处的原因。

怎样从能量转换的角度分析呢？

总结：

通过实验和理论推导的证明，只有重力做功时，物体系统内的机械能守恒。

⑷只有弹力做功分析

提出问题：

势能包括重力势能和弹性势能，只有弹力做功时，机械能与守恒吗？

同学们尝试推导一下，只有弹力做功时，机械能守恒的情况。

实验4：

气垫导轨上的水平弹簧振子，观察振动过程。

由学生讨论振动过程的能量转化和实验结论，结合前面进行分析。

分析守恒条件，归纳结论

在只有重力和弹力做功的物体系统内，动能和势能可以互相转化，而总的机械能保持不变

说明：

“在只有重力或弹力做功的物体系统内”是机械能守恒的条件

“而总的机械能保持不变”是结论

“动能和势能可以互相转化”是系统内重力或弹力做功的结果。

从能量转化角度看，机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律的一种特殊情况。

条件：

只有重力或弹力做功的物体系统内。

公式：

（

）（板书）

（四）、巩固应用

指导学生对规律探究过程进行归纳小结，然后针对性地加以巩固应用。

例1：

分析下列情况下机械能是否守恒？

A．跳伞运动员从空中匀速下落过程B．物体以8m/s2在空中下落过程

C．物体作平抛运动过程

D．物体在细线拉力作用下沿光滑斜面上滑过程

例2：

下列情况中，物体的机械能有可能不变的是

A．物体所受合外力为零，重力对物体做正功

B．物体所受合外力为零，重力对物体做负功

C．物体以5m/s2的加速度做直线运动

D．物体以不变的速率在竖直平面内做曲线运动

例3：

把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆（如图），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？

（对学生的回答进行评价、修正，让学生认识到，物体重力势能大小与所选取的参考平面（零势面）有关；而重力势能的变化量是与所选取的参考平面无关的。

在讨论物体系统的机械能时，应先确定参考平面。

）

根据以上例题，使用机械能守恒定律解题的一般步骤是什么？

学生回答：

1.重力势能的变化与重力做功有关：

WG=Ep1-Ep2

2.弹性势能的变化与弹力做功有关：

W弹=Ep1-Ep2

3.动能的变化与合力做功有关：

W合=Ek2-Ek1

学生回答：

物体动能与势能（重力势能和弹性势能）的总和叫做机械能

E=Ek+Ep

学生交流讨论并回答：

（1）机械能是标量

（2）机械能是状态量

（3）机械能具有相对性，研究物体的机械能要选取参考平面。

（4）机械能是系统所具有的

学生回答：

重力对物体做正功，物体重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；重力对物体做负功，物体重力势能增大，动能减小，动能转化为重力势能。

学生交流讨论并回答：

弹力对物体做正功，弹簧弹性势能减小，物体动能增大，弹性势能转化为动能；弹力对物体做负功，弹簧弹性势能增大，物体动能减小，动能转化为弹性势能。

学生回答：

通过重力或弹力做功

学生交流与讨论：

在只有重力或弹力做功的系统内，只有动能和势能发生转化，系统的机械能可能不变。

在不只有重力或弹力做功的系统内，系统的机械能可能发生改变。

学生观察演示实验，思考问题，选出代表发表见解：

小球在摆动过程中，重力势能和动能相互转化。

我们看到，小球可以摆到跟A点等高的C点。

如果用尺子在某一点挡住细线，小球虽然不能摆到C点，但摆到另一侧时，也能达到跟A点相同的高度，

小球在摆动过程中受重力和绳的拉力作用。

拉力和速度方向总垂直，对小球不做功；只有重力对小球能做功。

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，即机械能应该保持不变。

小球在摆动过程中，重力势能和动能相互转化。

我们看到，小球不能摆到跟A点等高的C点，如图甲。

如果用尺子在某一点挡住细线，小球仍然达不到相同的高度。

小球在摆动过程中不仅受重力和绳的拉力作用还受空气阻力作用。

阻力与小球运动方向相反，对小球做负功。

机械能发生变化，不守恒。

分析与猜想：

机械能守恒的条件可能是只有重力或弹力对物体做功。

学生分组自主探究：

A点到B点，

由重力做功和重力势能变化的关系，得：

由上二式，得：

移项后，得：

即

学生思考回答：

在表达式①中左边是物体动能的增加量，右边是物体重力势能减少量，该表达式说明：

物体在下落过程中，重力做了多少正功，物体的重力势能就减小多少，同时物体的动能就增加多少。

在表达式②中，左边是物体在末位置时的机械能，右边是物体在初位置时的机械能，该式表示：

动能和势能之和即总的机械能保持不变。

学生推导，分析：

沿光滑斜面下滑过程中，斜面的弹力不做功，由动能定理分析，通过重力做功，使重力势能转化为动能，总的机械能保持不变。

泡沫球受到的阻力不能忽略，前面的推导过程中

，

，

从能量转化角度看，有机械能转化为热能，所以机械能将不断减少。

学生分析回答：

与只有重力做功情况类似，只有弹力做功时，只发生动能与弹性势能的相互转化，因而机械能也是守恒的。

只有弹力做功时

又

则

结论：

只有弹力做功时，系统机械能守恒.

学生独立完成，并分组讨论，进行讲解

学生总结归纳：

1、受力分析；

2、判断是否符合机械能守恒定律的条件——只有重力或弹力做功物体系统内；

3、列出初、末两个状态的机械能（E1、E2）；

4、根据机械能守恒定律列出等式求解；

5、讨论最后结果的物理意义。

回顾旧知，为本节课的学习打下基础

类比动势能性质，分析新知识

巩固做功与能量变化关系，为引出能量守恒做准备

类比重力与重力势能关系，分析弹性势能与动能间转化，提升学生分析能力

根据初步分析，做出假设。

利用演示实验，让学生感受机械能守恒现象，培养学生的观察分析能力。

通过理论推导，锻炼学生的推导分析能力。

通过练习，巩固新知。

课后归纳总结

板书设计

7.8机械能守恒定律

一、机械能：

物体的动能和势能之和称为物体的机械能。

二、物体的动能和势能可以相互转化。

三、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，动能和弹性势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。

2.表达式：

或

或

（动能的增加等于势能的减少）

3.守恒条件：

a、只有重力或系统内弹簧弹力做功，其它力不做功

（或其它力合力所做功为零）

b、只发生动能和势能间的相互转化。

课后反思

本节课为说明机械能守恒并初步探究机械能守恒的条件，利用单摆进行了简单的实验，可以有效的引发学生的兴趣，同时将物理知识与生活经验联系起来。

在验证机械能守恒的条件和推导机械能守恒的表达式时，通过小组合作进行推导，能够很好的调动学生的积极性。

学生能积极主动地参与课堂，能够通过机械能守恒的条件或能量转化角度来判断机械能守恒。

通过提示，大部分学生能够推导出机械能守恒的表达式，但是对机械能守恒的理解还不够充分，处理问题时对利用机械能守恒解题的方法掌握略有欠缺，在教学当中，要注意对所学知识应用方法的讲解，从而便于学生接受。