機(jī)械能守恒定律(教學(xué)設(shè)計(jì))

1、課 題7.8機(jī)械能守恒定律本 早 地 位本章通過對(duì)功能關(guān)系的討論，完成對(duì)能量概念的更深入的認(rèn)識(shí)。本章是高中階 段物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)內(nèi)容之一，計(jì)時(shí)力學(xué)問題的基礎(chǔ)和綜合，也是學(xué)習(xí)其他物理學(xué)知 識(shí)的重要基礎(chǔ)。本 節(jié) 地 位機(jī)械能守恒定律T 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既建立在前面所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，又是普 遍的能量守恒定律的一種特殊情況學(xué) 情 分 析學(xué)生在初中時(shí)已經(jīng)初步學(xué)習(xí)過機(jī)械能和機(jī)械能守恒，學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容已經(jīng)有 了簡(jiǎn)單的了解，同時(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)了重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能和動(dòng)能，并對(duì)這些能量的變 化有了基本的認(rèn)識(shí)，入也可以利用這些知識(shí)進(jìn)行機(jī)械能守恒的推

2、導(dǎo)。教 學(xué) 目 標(biāo)知識(shí)與能力1、知道什么是機(jī)械能，知道物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化；2、會(huì)正確推導(dǎo)物體在光滑曲面上運(yùn)動(dòng)過程中的機(jī)械能守恒，理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容，知道它的含義和適用條件；3、在具體問題中，能判定機(jī)械能是否守恒，并能列出機(jī)械能守恒的方程式。過程與方法1、學(xué)會(huì)在具體的問題中判定物體的機(jī)械能是否守恒；2、初步學(xué)會(huì)從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)來解釋物理現(xiàn)象，分析問題。情感與態(tài)度體會(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)律解決問題的優(yōu)點(diǎn)，形成科學(xué)的價(jià)值觀。教學(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)械守恒定律的條件和機(jī)械守恒定律的

3、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、能正確判斷研究對(duì)象在所經(jīng)歷的過程中機(jī)械能是否守恒,能正確分析物體系統(tǒng)所具有的機(jī)械能，尤其是分析、判斷物體所具有的重力勢(shì)能。教學(xué)方法演繹推導(dǎo)法 分析歸納法 交流討論法教學(xué)用具細(xì)線、小鋼球、塑料小球、帶標(biāo)尺的鐵架臺(tái)、彈簧振子學(xué)習(xí)方法小組合作法知 識(shí) 脈 絡(luò)研究對(duì)象：物體與地球組成的系統(tǒng)（或物體與彈簧組成的系統(tǒng)）內(nèi)容：在只有重力和彈簧彈力對(duì)物體做功的情況下，物體的動(dòng)能 和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，物體機(jī)械能總量保持不變。1彳表達(dá)式：E2=Ei或&-Ep。使用條件（判斷方法）：只受重力或彈力；除重力或彈力外，其它力不做功；除重力或彈力

4、外，其它力做功的代數(shù)和 為零。教 學(xué) 環(huán) 節(jié) 和 教 學(xué) 內(nèi) 容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖（一） 回顧復(fù)習(xí)我們已學(xué)習(xí)了重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、動(dòng) 能。請(qǐng)同學(xué)們回答一下問題：（1）重力勢(shì)能的變化與什么肩關(guān)； （2）彈性勢(shì)能的變化與什么肩關(guān)； （3）動(dòng)能的變化與什么肩關(guān)。（二）引入新課這些不同形式的能是可以相互轉(zhuǎn)化的， 那么在相互轉(zhuǎn)化的過程中，他們的總量 是否發(fā)生變化？這節(jié)課我們就來探究 這方面的問題。（三）新課教學(xué)學(xué)生回答：1 .重力勢(shì)能的變化與重力做功有美：W=Bl-Ep22 .彈性勢(shì)能的變化與彈力 做功有美：W單二國(guó)Ep23 .動(dòng)能的變化與合力做功肩美：W合二2-Eki回顧舊知，為 本節(jié)課的學(xué) 習(xí)

5、弗卜基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)節(jié)1、機(jī)械能及其特點(diǎn)問：什么是機(jī)械能，如何用公式表示？學(xué)生回答：物體動(dòng)能與勢(shì)能(重力勢(shì)能 和彈性勢(shì)能)的總和叫做機(jī) 械能E=E+EP類比動(dòng)勢(shì)能 性質(zhì)，分析新類比動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能,請(qǐng)同和 教 學(xué) 內(nèi) 容學(xué)判斷機(jī)械能的下列性質(zhì)：(1)機(jī)械能是矢量還是標(biāo)量？(2)機(jī)械能是狀態(tài)量還是過程量？(3)物體具有的機(jī)械能具是絕對(duì)的還是相對(duì)的？知識(shí)(4)機(jī)械能是物體單獨(dú)具有還是系統(tǒng)所共同具有的？2、動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化(1)重力勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化f I、息二111(2)(3)問：分析上面三副圖,哪些力對(duì)小球做學(xué)生交流討論并回答：(1)機(jī)械能是標(biāo)量(2)機(jī)械能是狀態(tài)量(3)機(jī)械能具有相對(duì)性，研

6、 究物體的機(jī)械能要選取經(jīng)受 平向。(4)機(jī)械能是系統(tǒng)所具有的學(xué)生回答：叨？重力對(duì)物體做正功，物體重鞏固做功與小球的能量如何轉(zhuǎn)化,力勢(shì)能減小，動(dòng)能增大，重能量變化關(guān)動(dòng)能與重力勢(shì)能間的相互轉(zhuǎn)化，與什么力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；重力對(duì)系，為引出能 量守恒做準(zhǔn)物體做負(fù)功，物體重力勢(shì)能 增大，動(dòng)能減小，動(dòng)能轉(zhuǎn)化備教學(xué)環(huán)節(jié)和教小結(jié)：重力對(duì)物依 勢(shì)能和動(dòng)能發(fā)生臚(2)彈性勢(shì)能上M故功，物體的重力 互轉(zhuǎn)化。4動(dòng)能的轉(zhuǎn)化m為重力勢(shì)能。學(xué) 內(nèi) 容-X,nX=0+Xm在滑塊振動(dòng)的過程中，什么力對(duì)滑塊 做功?滑塊的能量怎樣進(jìn)行轉(zhuǎn)化？ 動(dòng)能與彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，與什么有 關(guān)？小結(jié)：彈力對(duì)物體做功，系統(tǒng)的彈性 勢(shì)能和動(dòng)能發(fā)生相互

7、轉(zhuǎn)化。問：機(jī)械能是如何從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式的呢？總結(jié)：通過重力或彈力做功，機(jī)械能可 以從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式。思考與討論：在只有重力或彈力做功的學(xué)生交流討論并回答： 彈力對(duì)物體做正功，弓單簧彈 性勢(shì)能減小，物體動(dòng)能增 大，彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能； 彈力對(duì)物體做負(fù)功，弓單簧彈 性勢(shì)能增大，物體動(dòng)能減 小，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能。學(xué)生回答：通過重力或彈力 做功類比重力與 重力勢(shì)能關(guān) 系，分析彈性 勢(shì)能與動(dòng)能 間轉(zhuǎn)化，提升 學(xué)生分析能 力系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)的機(jī)械能有什么特點(diǎn)呢？ 在不只有重力或彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)， 系 統(tǒng)的機(jī)械能又有什么特點(diǎn)？根據(jù)初步分 析，做出假 設(shè)。學(xué)生交流與討論：在只有重力或彈力做功

8、的系 統(tǒng)內(nèi)，只有動(dòng)能和勢(shì)能發(fā)生 轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)的機(jī)械能可能不 變。在不只有重力或彈力做 功的系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)的機(jī)械能 可能發(fā)生改變。教 學(xué) 環(huán) 節(jié) 和 教 學(xué) 內(nèi) 容演示實(shí)驗(yàn)1:如圖，用細(xì)線、小鋼球、塑料小球、帶有標(biāo)尺的鐵架臺(tái)等做實(shí)驗(yàn)。利用演示實(shí) 驗(yàn)，讓學(xué)生感 受機(jī)械能守 包現(xiàn)象，培養(yǎng) 學(xué)生的觀察 分析能力。小鋼球用細(xì)線懸掛起來，拉到一定 高度的A點(diǎn)，然后放開，在小球在擺動(dòng) 過程中，能量怎樣轉(zhuǎn)化？小球擺動(dòng)后到 達(dá)的最高點(diǎn)與原位置有什么關(guān)系？如果用尺子在某一點(diǎn)擋住細(xì)線，又能觀察到什么?學(xué)生觀察演示實(shí)驗(yàn)，思考問 題，選出代表發(fā)表見解： 小球在擺動(dòng)過程中，重力勢(shì) 能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化。我們看 到，小球可以擺到跟

9、A點(diǎn)等 高的C點(diǎn)。如果用尺子在某一點(diǎn)擋住細(xì) 線，小球雖然不能擺到C點(diǎn), 但擺到另一側(cè)時(shí)，也能達(dá)到 跟A點(diǎn)相同的高度，問題：這個(gè)小實(shí)驗(yàn)中，小球的受力情況 如何？各個(gè)力的做功情況如何？這個(gè) 小實(shí)驗(yàn)說明了什么？總結(jié)：物體在運(yùn)動(dòng)過程中，勢(shì)能和動(dòng)能 發(fā)生轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能總量保持不變(E2=El)的現(xiàn)象叫做機(jī)械能守恒。演示實(shí)驗(yàn)2:將塑料小球用細(xì)線懸掛起 來，拉到相同局度的A點(diǎn)，然后放開， 會(huì)觀察到什么現(xiàn)象？機(jī)械能是否依然 守恒？如何分析觀察到的現(xiàn)象？小球在擺動(dòng)過程中受重力和 純的拉力作用。拉力口速度 方向總垂直，對(duì)小球不做功； 只后重力對(duì)小球能做功。實(shí)驗(yàn)證明，小球在擺動(dòng) 過程中重力勢(shì)能和動(dòng)能在不 斷轉(zhuǎn)化。在

10、擺動(dòng)過程中，小 球總能回到原來的高度?？?見重力勢(shì)能和動(dòng)能的總和， 即機(jī)械能應(yīng)該保持不變。小球在擺動(dòng)過程中，重力勢(shì) 能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化。我們看 至L小球不能擺到跟A點(diǎn)等 高的C點(diǎn)，如圖甲。如果用 尺子在某一點(diǎn)擋住細(xì)線，小 球仍然達(dá)/、到相同的高度。 小球在擺動(dòng)過程中不僅受重 力口純的拉力作用還受空氣 阻力作用。阻力與小球運(yùn)動(dòng) 方向相反，對(duì)小球做負(fù)功。 機(jī)械能發(fā)生變化，不守恒。思考：什么時(shí)候機(jī)械能能夠守恒， 機(jī)械能守恒的條件是什么?分析與猜想：機(jī)械能守恒的 條件可能是只有重力或彈力 對(duì)物體做功。3、機(jī)械能守恒定律只受重力作 用分析引導(dǎo)學(xué)生自主 探究，如圖所示，小 球下落過程中經(jīng)過高度hi的A點(diǎn)速度

11、vi,經(jīng)高度h2的B點(diǎn)時(shí)速度為V2,由同 學(xué)用學(xué)習(xí)過的知識(shí)（牛頓定律或動(dòng)能定 理），分析下落過程中A B兩位置的機(jī) 械能之間的數(shù)量關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生討論表達(dá)式的含義是什 么？表達(dá)式的含義又是什么？通過理論推 導(dǎo)，鍛煉學(xué)生 的推導(dǎo)分析 能力。學(xué)生分組自主探究：A點(diǎn)至B點(diǎn)，1212WG = mv2 - mv122由重力做功和重力勢(shì)能變化 的關(guān)系，得：WG = mgh1 mgh2 = Epi Ep2由上二式，得：Ek2 - Eki = Epi -Ep2移項(xiàng)后，得：Epi Eki = Ep2 Ek2即 Ei = E2學(xué)生思考回答：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

12、明：物體在下落過程中，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。只肩重力做功分析上述結(jié)論是在運(yùn)動(dòng)過程只受重力 作用時(shí)候得到的，如果物體是沿光滑斜 而卜滑，上述結(jié)論成立嗎？小結(jié)：在只肩重力做功的情形下，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/、艾。分析守恒條件分析討論：試用理論推導(dǎo)說明泡沫球?qū)嶒?yàn)和黑板傾斜后球不能擺到等高處的原因。 怎樣 從能量轉(zhuǎn)換的角度分析呢？總結(jié)：通過實(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 包。只有彈力做功分析提出問題：勢(shì)能包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)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)

13、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。學(xué)生推導(dǎo)，分析：沿光滑斜向卜滑過程中，斜 面的彈力不做功，由動(dòng)能定 理分析，通過重力做功，使 重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為功能，總的 機(jī)械能保持/、艾。泡沫球受到的阻力不能忽 略，前面的推導(dǎo)過程中W =WG +WFEpi *Eki E 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。學(xué)生分析回答：與只有重力做功情況類似， 只有彈力做功時(shí)，只發(fā)生動(dòng) 能與彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化， 因而機(jī)械能也是守恒的。能，只有彈力做功時(shí)，機(jī)械能與守恒 嗎？同學(xué)們嘗試推導(dǎo)一下，只有彈力做功 時(shí)，機(jī)械能守恒的情況。實(shí)驗(yàn)4氣墊導(dǎo)軌上的水平彈簧

14、振子, 觀察振動(dòng)過程。由學(xué)生討論振動(dòng)過程的能量轉(zhuǎn)化 和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，結(jié)合前面進(jìn)行分析。只有彈力做功時(shí)WF = Ek2 - Eki又 Wf = Epi Ep2 = Ek2 Eki貝U EP1 . EK1 = EP2 . EK2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 能保持不變說明：“在只有重力或彈力做功的物體 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：只有重力

15、或彈力做功的物體 系統(tǒng)內(nèi)。公式： E P1 . EK1 = EP2 EK2（E1 =E2）（板書）（四）、鞏固應(yīng)用指導(dǎo)學(xué)生對(duì)規(guī)律探究過程進(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 包？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(duì)物體 做正功B.物體所受合外力為零，重力對(duì)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內(nèi)做 曲線運(yùn)動(dòng)例3:把一個(gè) 小球用細(xì)繩懸 掛起

16、來，就成 為一個(gè)擺（如 圖），擺長(zhǎng)為 l ,最大偏角A 為0。小球運(yùn) 動(dòng)到最低位置 時(shí)的速度是多大？（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 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。）根據(jù)以上例題，使用機(jī)械能守恒定律解學(xué)生獨(dú)立完成，并分組討論, 進(jìn)行講解學(xué)生總結(jié)歸納：1、受力分析;通過練習(xí)，鞏 周新知。課后歸納總 結(jié)題的一般步驟是什么？2、判斷是否符合機(jī)械能 守恒定律的條件一一只肩重 力或彈力做功物體系統(tǒng)內(nèi)；3、列出初、末兩個(gè)狀態(tài) 的機(jī)械能（Ei、£）;4、根據(jù)機(jī)械能守恒定律 列出等式求解；5、討論最后結(jié)果的物理 意義。板書設(shè)計(jì)7.8機(jī)械能守恒定律一、機(jī)械能：物體的動(dòng)能和勢(shì)能之和稱為物體的機(jī)械能。E=Ek +Ep二、物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。三、機(jī)械能守恒定律1 .內(nèi)容：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和彈性勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。2 .表達(dá)式：E1=E2或 E P1 + Eki = E P2 + E K2或 AEk =-AEp （動(dòng)能的增加等于勢(shì)能的減少）3 .守恒條件：a、只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈簧彈力做功,其它力不做功（或其它力/力所做功為零）b、只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能間的相互轉(zhuǎn)化。課 后