《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
《机械能守恒定律》教学设计
教材分析
机械能守恒定律一节的内容是高一物理必修一第七章第八节的内容，是前面各节内容的综合同时又是下一节能量守恒的基础．教材开始通过“演示”小实验，联系第一节中追寻守恒量．通过多个具体实例，先猜测动能和势能的相互转化的关系，引出对机械能守恒定律及守恒条件的探究，联系重力势能和重力做功及弹性势能与弹力做功的关系的学习，由定性分析到定量计算，逐步深入，最后得出结论，并通过应用使学生领会机械能守恒定律在解决实际问题时的优越性。
本设计力图通过生活实例和物理实验,展示相关情景，激发学生的求知欲，引出对机械能守恒定律的探究,体现从“生活走向物理”的理念,通过建立物理模型,由浅入深进行探究,让学生领会科学的研究方法,并通过规律应用巩固知识,体会物理规律对生活实践的作用。
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。
2、过程与方法
（1）通过科学探究机械能的过程，对物理现象的分析提出假设，再进行理论推导的物理研究方法。
（2）经历归纳概括“机械能守恒的条件”的过程，体会归纳的思想方法。
3、情感、态度与价值观
（1）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。
（2）感悟自然界的守恒思想，体会自然的和谐美、对称美。
二、教学重点
1、理解机械能守恒定律的内容。
2、机械能守恒定律的条件和机械能守恒定律的实际应用。
三、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、正确分析物体系统内所具有的机械能，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、教学器材
钢球、塑料球、细线、小球、钉子，铁架台、弹簧振子,气垫导轨等。
六、教学过程
（一）引入新课
1、思考提问：
前几节我们学习了哪几种形式的能？
各怎么表示？
（学生回答）动能EK重力势能EP弹性势能EP
我们把这几种形式的能统称机械能
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
一、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】学生看完每一幅画后，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、小钢球、带有标尺的铁架台等做实验。
把一个小钢球用细线悬挂起来，把小钢球拉到一定高度的A点，然后放开，小钢球在摆动过程中，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钢球所能达到的最大高度B点。
P
A
B
B
P
O
A
观察实验现象，回答下面问题：
①、第一次小钢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，这种情况下小钢球所能达到的最大高度B点和A点的高度又有何关系？
②、分析小钢球从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？
③把钢球换成塑料球再做这个实验，观察小球能不能上升到C位置？
【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。
【教师点评】实验证明，在没有空气阻力的情况下，也就是在只有重力做功时小球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，水平方向的带气垫导轨的弹簧振子，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？
③如果把弹簧振子放在粗糙的桌面上，压缩到A点后松手，还能运动到B点吗？
【学生活动】观察演示实验，思考并找代表回答问题。
【教师点评】小球在没有阻力时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，那么在没有阻力的情况下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。
二、探究动能与势能转化规律
提出研究方法：
在探究物理规律时，应该是由简单到复杂，逐步深入，先对简单的物理现象进行探究，然后加以推广深化。
在动能与势能转化的情景中，自由落体（只受重力）应该是比较简单的。
（1）创设情境（用多媒体放课件）
自由下落的小球
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。
【学生活动】
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。
（2）分析推理：
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：
①
移项后，得：
②
即
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？
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。
【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。
（3）创设情境
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？
【学生活动】
气垫导轨上的水平弹簧振子，结合前面已经探究过的弹力做功与弹性势能的关系，由同学讨论振动过程的能量转化，并试着进行分析推理。
（4）理论推理（老师和学生一起）
类比重力做功，进行分析。
又
则
结论：
只有弹力做功时，系统机械能守恒.
⑸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
（6）引导学生分析结论，加深理解
“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：
只有重力或弹簧弹力做功的物体系统内。
公式：
（
）（板书）
这就是咱们今天研究的机械能守恒定律（书写）
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，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）表达式:
①
即
②
③
（3）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
四、机械能守恒定律的应用（多媒体出示）
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
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
学生讨论并且找代表回答，教师进行点评。
通过以上两例具体问题，巩固对机械能守恒条件的理解和掌握。
例1中D选项用意是让学生清楚应该是系统内弹力做功机械能才守恒。
例2各选项的目的是让学生能联系各种实际的运动情景进行分析。
3、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？
【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。
五、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。
六、课堂小结
七、教学设计说明
（1）本节课按照“情景——探究一一应用”的模式展开，具体做法是：
引导和提出要探究的问题后，先让学生做出猜测，之后通过演示实验进行检验，在实验数据分析的基础上，再让学生进一步做出推测，最后对所涉及的实例进行综合分析得出机械能守恒定律。
（2）本节课充分尊重学生学习概念的过程，即以归纳、概括为主的思维过程。
它不是机械地重复历史中的“原始创造”，而是根据学生自己的体验，用他们自己的思维方式，重新建构有关物理知识，即学生的“再创造”过程。
（3）本节课充分重视实验的作用，以加强学生的体验，从而帮助学生自主建构知识。
（4）本节课充分理顺知识逻辑关系，为学生的学习铺设台阶。
（5）本节课注重体现探究式，归纳式教学方法．除上述提到的知识、过程外，本节课还努力潜移默化地渗透情感态度与价值观的教育。
八、板书设计：
第八节：
机械能守恒定律
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（或弹簧弹力）做功
九、作业布置:
课本72页第2、3、4题
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