機(jī)械能守恒教學(xué)設(shè)計(jì)教(學(xué))案形式

1、“機(jī)械能守恒”教學(xué)設(shè)計(jì)義烏中學(xué)物理組王樹民【教材分析 】機(jī)械能守恒定律一節(jié)的容與本章的各節(jié)容有緊密的邏輯關(guān)系，是全章知識鏈中重要的一環(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“做一做”小實(shí)驗(yàn)展示了與探究守恒量的聯(lián)系，通過多個(gè)具體實(shí)例， 先猜測動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，引出對機(jī)械能守恒定律及守恒條件的探究，聯(lián)系重力勢能和重力做功及彈性勢能與彈力做功的關(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，并通過應(yīng)用使學(xué)生領(lǐng)會定律在解決實(shí)際問題時(shí)的優(yōu)越性。在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)教材在的邏輯關(guān)系和學(xué)生認(rèn)知的發(fā)展規(guī)律來設(shè)計(jì)教學(xué)

2、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 , 通過建立物理模型 , 由淺入深進(jìn)行探究 , 讓學(xué)生領(lǐng)會科學(xué)的研究方法 , 并通過規(guī)律應(yīng)用鞏固知識 , 體會物理規(guī)律對生活實(shí)踐的作用?！窘虒W(xué)目的 】知識與技能1、知道什么是機(jī)械能，理解物體的動(dòng)能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化；2、理解機(jī)械能守恒定律的容和適用條件；3、會判定具體問題中機(jī)械能是否守恒，能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律分析實(shí)際問題過程與方法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)化和守恒來解釋物

3、理現(xiàn)象及分析問題的方法。情感、態(tài)度與價(jià)值觀體會科學(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?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】1、機(jī)械能守恒的條件及對機(jī)械能守恒定律的理解。2、能正確分析物體系統(tǒng)所具有的機(jī)械能，判斷研究對象在所經(jīng)歷的過程中機(jī)械能是否守恒?！窘虒W(xué)器材】鋼球、細(xì)線、小球、釘子，鐵架臺、彈簧振子, 氣墊導(dǎo)軌等。【教學(xué)過程】一、導(dǎo)入新課1、提出課題機(jī)械能守恒定律。（板書）2、力做功的過程也是能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式的過

4、程，物體的動(dòng)能和勢能總和稱為機(jī)械能，例舉：通過重力或彈力做功，動(dòng)能與勢能相互轉(zhuǎn)化。（展示圖片和視頻）瀑布（自由落體） ：重力勢能動(dòng)能蕩秋千 ：動(dòng)能重力勢能過山車 ：動(dòng)能重力勢能動(dòng)能撐桿跳高動(dòng)能彈性勢能、重力勢能動(dòng)能分析上述各個(gè)過程中能量轉(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)識到若無空氣阻力，應(yīng)該擺到等高處，不會碰到鼻子。二、新課教學(xué)1、探究守恒量甲乙實(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)，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小球可以擺到跟BAAC釋放點(diǎn)等

5、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)過程過重力做功，勢能與動(dòng)能互相轉(zhuǎn)換：重力做正功，重力勢能減少，動(dòng)能增加；重力做負(fù)功，重力勢能增加，動(dòng)能減少。小球擺動(dòng)過程中總能回到原來高度，好像“記得”自己原來的高度，說明在擺動(dòng)過程中有一個(gè)物理量是保持不變的，是什么呢？重力勢能與動(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)能擺到原來的高度，有時(shí)不能擺到原來的高度。2、探究規(guī)律

6、，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)該是由簡單到復(fù)雜，逐步深入，先對簡單的物理現(xiàn)象進(jìn)行探究，然后加以推廣深化。在動(dòng)能與勢能轉(zhuǎn)化的情景中，自由落體（只受重力）應(yīng)該是比較簡單的。只受重力作用分析A引導(dǎo)學(xué)生自主探究，不失一般性，設(shè)下落過程中v1經(jīng)過高度h1的 A點(diǎn)速度v1，高度2 的 B 點(diǎn)時(shí)速度為v2，hh1B由同學(xué)用學(xué)習(xí)過的知識（牛頓定律或動(dòng)能定理），分析下v2落過程中 A、 B 兩位置的機(jī)械能之間的數(shù)量關(guān)系。h2A點(diǎn)到 B點(diǎn)，WG=121mv12EK12mv2 -2=EK2-由重力做功和重力勢能變化的關(guān)系有=-=-EW mgh mgh EG12P1P2得到K2-K1=

7、P1- P2E EEE移項(xiàng)后，得EP1+EK1=EP2+EK2即E1=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，右邊是物體重力勢能減少量，該表達(dá)式說明：物體在下落過程中，重力做了多少正功，物體的重力勢能就減小多少，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）沿光滑斜面下滑過程中，斜面的彈力不做功，由動(dòng)能定理分析，通過重力做功，使

8、重力勢能轉(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)生通過重力勢能的分析中將曲面看成無數(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)過程中W=WG+Wf， EP1+EK1 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。通過實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)的證明：只有重力做功時(shí)

9、，物體系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。（此處應(yīng)說明：重力勢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題：勢能包括重力勢能和彈性勢能，只有彈力做功時(shí)，機(jī)械能與守恒嗎？實(shí)驗(yàn) 4：氣墊導(dǎo)軌上的水平彈簧振子，觀察振動(dòng)過程。N由同學(xué)討論振動(dòng)過程的能量轉(zhuǎn)化和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，結(jié)合前F面已經(jīng)探究過的彈力做功與彈性勢能的關(guān)系，類比重力做G功，進(jìn)行分析。F=K2-K1WEE又F=P1-P2= K2- K1WEEEE則 EP1+EK1=EP2+EK2結(jié)論：只有彈力做功時(shí)，系統(tǒng)機(jī)械能守恒A CB系統(tǒng)只有重力和彈力做功分析實(shí)驗(yàn) 5：豎直彈簧振子的振動(dòng)，觀察現(xiàn)象，作出分析。共同分析，得出結(jié)論（板書）：分析守恒條件，歸納結(jié)論在只有

10、重力和彈力做功的物體系統(tǒng)，動(dòng)能和勢能可以互相轉(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)”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)能和勢能可以互相轉(zhuǎn)化”是系統(tǒng)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)只有重力（或彈力）做功。公式：P1+ K1= P2+ K2（1= 2）（板書）EE E EE E共同分析書本中的思考與討論：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？重力勢能各轉(zhuǎn)化為

11、什么形式的能？機(jī)械能守恒嗎？三、鞏固應(yīng)用：指導(dǎo)學(xué)生對規(guī)律探究過程進(jìn)行歸納小結(jié)，然后針對性地加以鞏固應(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程B物體以8m/s2 在空中下落過程C物體作平拋運(yùn)動(dòng)過程D物體在細(xì)線拉力作用下沿光滑斜面上滑過程例 2：下列情況中，物體的機(jī)械能有可能不變的是A物體所受合外力為零，重力對物體做正功B物體所受合外力為零，重力對物體做負(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做曲線運(yùn)動(dòng)通過以上兩例具體問題，鞏固對機(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)生清楚應(yīng)該是系統(tǒng)彈力做功機(jī)械能才守恒。例 2 各選項(xiàng)

12、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。例 3：把一個(gè)小球用細(xì)繩懸掛起來，就成為一個(gè)擺（如圖），擺長為l,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)問題直接用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)的公式來處理，需要用高等數(shù)學(xué)。通過前面的分析，我們知道小球在擺動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，可以用機(jī)械能守恒定律求解。解：（略）AC（對學(xué)生的回答進(jìn)行評價(jià)、修正，讓學(xué)生認(rèn)識到，物體重力勢能O大小與所選取的參考平面（零勢面） 有關(guān)； 而重力勢能的變化量是與所選取的參考平面無關(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：、受力分析，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；、列出初、末兩個(gè)狀態(tài)的機(jī)械能（E1、 E2）；、根據(jù)機(jī)械能守恒定律列出等式求解（E1E2）。設(shè)問：你能不能直接用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)的公式來處理這個(gè)問題？通過設(shè)問讓學(xué)生了解機(jī)械能守恒定律解決問題