機(jī)械能守恒教學(xué)設(shè)計(jì)

1、機(jī)械能守恒”教學(xué)設(shè)計(jì)【教材分析 】機(jī)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(shí)鏈中重要 的一環(huán)， 機(jī)械能守恒定律的探究建立在前面所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上， 而機(jī)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(guò)“做一做”小實(shí)驗(yàn)展示了與探究守恒量的聯(lián)系， 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)能和重力做功及彈性勢(shì)能與彈力做功的關(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)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

2、規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)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)目的 】 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)

3、化和守恒來(lái)解釋物理現(xiàn)象及分析問(wèn)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)價(jià)值觀?！窘虒W(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、能正確分析物體系統(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?！窘虒W(xué)過(guò)程】一、導(dǎo)入新課1、提出課題一機(jī)械能守恒定律。（板書(shū)）2、 力做功的過(guò)程也是能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式的過(guò)程，物體的動(dòng)能和勢(shì)能總和稱(chēng) 為機(jī)械能

4、，例舉：通過(guò)重力或彈力做功，動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化。蕩秋千（自由落體）:動(dòng)能力勢(shì)冃匕重力勢(shì)育動(dòng)冃匕過(guò)山車(chē)：動(dòng)能重力勢(shì)能動(dòng)能撐桿跳高動(dòng)能彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能動(dòng)能分析上述各個(gè)過(guò)程中能量轉(zhuǎn)換及重力、彈力做功的情況。實(shí)驗(yàn)1 :（激疑）鋼球用細(xì)繩懸起，請(qǐng)一同學(xué)靠近，將鋼球偏至同學(xué)鼻子處釋放，擺回時(shí),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(shí)驗(yàn)中的判斷，認(rèn)識(shí)到若無(wú)空氣阻力， 應(yīng)該擺到等高處,不會(huì)碰到鼻子。:、新課教學(xué)1、探究守恒量實(shí)驗(yàn)2:將小鋼球用細(xì)線懸掛一端固定在的小黑板上部,讓小球擺動(dòng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小球可以擺到跟釋放點(diǎn)等高處，再用一釘子固定在小黑板上某點(diǎn)擋住細(xì)線，再觀察，發(fā)現(xiàn)仍等高。引導(dǎo)學(xué)生討論探

5、究擺動(dòng)中能量轉(zhuǎn)換，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象所展示的能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2中小球在擺動(dòng)過(guò)程中通過(guò)重力做功，勢(shì)能與動(dòng)能互相轉(zhuǎn)換：重力做正功，重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加；重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加，動(dòng)能減少。小球擺動(dòng)過(guò)程中總能回到原來(lái)高度，好像“記得”自己原來(lái)的高度，說(shuō)明在擺動(dòng)過(guò)程中有一個(gè)物理量是保持不變的，是什么呢？重力勢(shì)能與動(dòng)能的總和保持不變，也就是機(jī)械能保持不變。實(shí)驗(yàn)3 :將小黑板傾斜，讓小鋼球靠著黑板運(yùn)動(dòng)，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(shí)能擺到原來(lái)的高度，有時(shí)不能擺到原來(lái)的高度。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

6、步深入，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（只受重力）應(yīng)該是比較簡(jiǎn)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(guò)程中hi經(jīng)過(guò)高度hi的A點(diǎn)速度vi,高度h2的B點(diǎn)時(shí)速度為V2，V2h277777777777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。.1212廠A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)，Wg= mv2 - mvi = Ek2- Eki2 2由重力做功和重力勢(shì)能變化的關(guān)系有WG=mghi- mgh2=Epi- Ep2得到EK2- EK1 =Epi- EP2 移項(xiàng)后，得 Epi+Eki = Ep

7、2+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(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，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。只有重力做功分析上述結(jié)論是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程只受重力作用的時(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

8、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，不論物體做直線運(yùn)動(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng)，總的機(jī)械能保持不變。進(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn) 2,擺球擺動(dòng)過(guò)程受重力與細(xì)線拉力，兩拉力方向始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直，不 做功，則上式推導(dǎo)過(guò)程及結(jié)論都相同。分析守恒條件 分析討論 ：泡沫球?qū)嶒?yàn)和黑板傾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(guò)程中W=WG+Wf, Epi+Eki豐EP2+EK2,從能量轉(zhuǎn)化角度看，有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，所以機(jī)械能將不斷減少。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)的證明：只有重力做功時(shí)，物體系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)械能守恒。 （此處應(yīng)說(shuō)明：

9、重力勢(shì)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(wèn)題 ：勢(shì)能包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能，只有彈力做功時(shí)，機(jī)械能與守恒嗎？ 結(jié)論：只有彈力做功時(shí)，系統(tǒng)機(jī)械能守恒 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(dòng)能和勢(shì)能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)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(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。 從能量轉(zhuǎn)化角度看， 機(jī)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

10、 （E1=E2）（ 板書(shū) ）共同分析書(shū)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 h1 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(shì)能各轉(zhuǎn) 化為什么形式的能？機(jī)械能守恒嗎？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D 選項(xiàng)用意是讓通過(guò)以上具體問(wèn)題，鞏固對(duì)機(jī)械能守恒條件的理解和掌握。例中學(xué)生清楚應(yīng)該

11、是系統(tǒng)內(nèi)彈力做功機(jī)械能才守恒。例2 :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I ,最大偏角為0o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，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)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。）在應(yīng)用的基礎(chǔ)上，歸納使用機(jī)械能守恒定律解題的一般步驟：1、受力分析，判斷是否符合機(jī)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(gè)狀態(tài)的機(jī)械能（E2）;3、根據(jù)機(jī)械能守恒定律列出等式求解（Ei = E2） o設(shè)問(wèn)：你能不能直接用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)的公式來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題？通過(guò)設(shè)問(wèn)讓學(xué)生了解機(jī)械能守恒定律解決問(wèn)題時(shí)的優(yōu)越性。高中階段無(wú)法用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)的公式解決機(jī)械能守恒定律不涉及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度和時(shí)間，用它來(lái)處理問(wèn)題要比牛頓定律方便； 應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問(wèn)題，只需考慮運(yùn)動(dòng)的始末狀態(tài)，不必考慮兩個(gè)狀態(tài)之間過(guò)程的細(xì)節(jié)。如果直接用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題，往往要分析過(guò)程中各個(gè)力的作用，而這些力往往又是變化的， 因此一些難以用牛頓運(yùn)動(dòng)