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1、《機械能守恒定律》教學(xué)設(shè)計 中山市實驗中學(xué) 張娜 ——教學(xué)內(nèi)容選自粵教版物理必修2第四章第四節(jié) 一、教學(xué)目標 （一）知識與技能 1、知道什么是機械能，理解物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化； 2、理解機械能守恒定律的內(nèi)容和適用條件； 3、會判定具體問題中機械能是否守恒，能運用機械能守恒定律解決實際問題。 （二）過程與方法 1、學(xué)會在具體的問題中判定物體的機械能是否守恒； 2、初步學(xué)會從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點來解釋物理現(xiàn)象，分析問題。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 通過能量守恒的教學(xué)，使學(xué)生樹立科學(xué)觀點，理解和運用自然規(guī)律，并用來解決實際問題。 二、學(xué)情分析 學(xué)生在初中時已經(jīng)

2、從感性認識上接觸過該定律，不過，從牛頓力學(xué)轉(zhuǎn)移到守恒的思路上來，學(xué)生的思維上有一個突變，同時守恒的思想又更抽象一些，所以學(xué)生接受起來更困難一些，因此在教學(xué)時要多舉實例（變抽象為形象），以降低學(xué)生學(xué)習(xí)的困難。 三、教學(xué)重點 1、掌握機械能守恒定律的推導(dǎo)、建立過程。理解機械能守恒定律的內(nèi)容； 2、理解機械能守恒定律，掌握定律的應(yīng)用。 四、教學(xué)難點 1、理解機械能守恒的成立條件，能正確分析系統(tǒng)所具有的機械能。 2、理解機械能守恒定律，掌握定律的應(yīng)用。 五、教學(xué)方法 推導(dǎo)法、分析歸納法、交流討論法。 六、教學(xué)過程 （一）新課引入 Q：上課之前，我們先來玩一個小實驗。在這里有一個傳

3、說中的單擺，下面掛著的是一個重錘，如果我將它從下巴這里釋放，當(dāng)它擺回來的時候，會不會免費幫我做個整形呢？ A：不會 Q：真的不會嗎？我們找個人來試一試。（自薦） A：沒有打到。 Q：結(jié)果大家都能預(yù)料到，至于其中的原因是什么？包含著怎樣的物理規(guī)律？我們學(xué)會這節(jié)課的內(nèi)容，相信大家就非常清晰了！ 板書：4.4機械能守恒定律 （二）機械能 Q：在本章第二節(jié)的時候我們學(xué)習(xí)了兩種形式的能量，動能…… A：動能、重力勢能、彈性勢能， Q：物理學(xué)中，我們將動能和勢能統(tǒng)稱為機械能。 Q：能量是標量還是矢量？ A：標量！ Q：所以機械能的大小可以怎么表示？ A：等于動能、重力勢能、彈

4、性勢能的代數(shù)和。 Q：它表達式可以寫成這樣： 板書：機械能 Q：物體自由下落，最高點時只有重力勢能，下落過程重力勢能減少；而由于加速動能增加。這里增加的動能是怎么來的？ A：重力勢能轉(zhuǎn)化來的！ （三）動能與勢能之間的相互轉(zhuǎn)化 過渡：事實上，生活中動能和重力勢能、彈性勢能進行轉(zhuǎn)化是非常常見的。 1、動能——重力勢能 Q：你能否舉出幾個動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化的例子呢？ A：蘋果的下落…… Q：三峽大壩水的下落，重力勢能轉(zhuǎn)化為水的動能，從而帶動發(fā)動機發(fā)電。 2、動能——彈性勢能 Q：你能否舉出幾個動能和彈性勢能相互轉(zhuǎn)化的例子呢？ A：彎弓射箭。弓的彈性勢能轉(zhuǎn)化為箭的動能

5、。 2、重力勢能——動能——彈性勢能 Q：生活中有沒有同時涉及三種能量轉(zhuǎn)化的例子呢？ A：蹦床 【觀看蹦床視頻】 Q：大家在觀看蹦床視頻的時候，仔細分析一下，不同的過程分別對應(yīng)的是什么能量之間的轉(zhuǎn)化！ 下降：空中時，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；從接觸彈簧到運動至最低點的過程中，若以最低點為零勢能面動能和重力勢能最終都轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能。 上升：三種能量的轉(zhuǎn)化與下落過程是對應(yīng)的！ （四）追尋守恒量 過渡：然而，動能和勢能時間的轉(zhuǎn)化是隨隨便便的嗎？我們回到原點，回到單擺！ 實驗1：單擺 將單擺的小球從某一點A由靜止釋放，小球在向下擺動的過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。向上擺時，

6、動能轉(zhuǎn)化為重力勢能。往返的過程中再次轉(zhuǎn)化。 Q：在往返的過程中有什么特別的地方？ A：總是能上到同一高度。 Q：我們將兩側(cè)能上到的最高點A、B連起來，看的更清楚一些。 如果我們在某地（豎直方向的點，要先確定好）用東西擋住繩子，還能不能上到同樣的高度呢？ A：依舊可以！ 【畫出完整的圖——最低點、擋住之后的圖像】 Q：為什么會這樣呢？ 雖然動能不斷的變化，重力勢能也在不斷變化，但是“變中有恒”。因此我們可以做一個大膽的假設(shè)，小球擺動的過程中總能回到原來的高度，是因為這種的變化中有一個物理量是始終不變的！什么呢？ A：機械能！ Q：怎么去驗證我們的猜想呢？ A：得實驗驗證！

7、 Q：除了實驗驗證之外，我們還可以進行理論推導(dǎo)！ （五）機械能守恒定律的理論推導(dǎo) 1、重力做功 讓我們借助最簡單的自由落體問題，來看看AB處的機械能及大小關(guān)系。其中圖中標出的物理量都是已知。 【自己板書】 圖1： 由動能定理，可得： （動能定理） （重力勢能的減少量=動能的增加量） 結(jié)論：當(dāng)物體做自由落體運動時，物體的動能和勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，而機械能總量保持不變。 Q：其他的運動，是不是也是如此呢？我們再來分析平拋、沿光滑斜面下滑、單擺運動時的情況。其中，圖中標出的物體量都是已知。 我們來分小組進行，第一大組推導(dǎo)圖1……。3min之后告訴大家你的結(jié)論

8、！ Q：第一組結(jié)果如何？（各組詢問到） A：AB處的機械能相同！ Q：物體的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，而機械能總量保持不變。這種不變是在任意的運動情況下都成立的嗎？還是說需要滿足什么條件？ 看這四幅圖！1做自由落體；2做平拋。這兩種運動的共同特點是什么？ A：只受重力！ Q：這也就是說，只受重力時，物體的動能和勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，而機械能總量保持不變。 Q：圖3的結(jié)論是不是也是這樣呢？機械能總量也是不變的，但是好像不止受重力哦？ A：還有支持力。 Q：對，但是既然三種情況機械能總量都不變，肯定有共性的地方。 第1、2受重力，只有重力做功， 第3受重力、支持力，但是也是只有重

9、力做功。 圖4，受重力、拉力，也是只有重力做功。 小結(jié)：當(dāng)只有重力做功時，物體的動能和勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，而機械能總量保持不變。 這也就是為什么一開始時重錘不會砸到我的原因！ 2、彈力做功 Q：我們知道，機械能還包括彈性勢能。當(dāng)只有彈力做功時，物體的動能和彈性勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，機械能總量是不是也保持不變呢？我們利用彈簧振子的運動情況來研究。 【介紹裝置】固定的彈簧右側(cè)連接滑塊，滑塊上固定物體?；瑝K放在氣墊導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌光滑無摩擦，滑塊在水平方向上只受彈簧的彈力。在滑塊運動的過程中，大家仔細觀察物體的位置情況。 【播放視頻】 Q：物體總是能運動到6cm處。 從拉伸到恢復(fù)原狀的過程中

10、：彈簧的彈性勢能完全轉(zhuǎn)化為動能； 從原狀到壓縮彈簧的過程中：動能完全轉(zhuǎn)換為了彈簧的彈性勢能。 由于物體左右都能運動到6cm處，所以動能與彈性勢能的總和保持不變，機械能總量保持不變！ Q：物體的機械能總量是不是保持不變？ A：是！ Q：物體在右側(cè)最遠處動能是0，而彈簧原狀時，有速度有動能。物體的機械能守恒嗎？ A：不守恒。 Q：動能與彈性勢能的總和保持不變，所以是物體與彈簧組成的系統(tǒng)機械能總量保持不變！ 小結(jié)：當(dāng)只有彈力做功時，系統(tǒng)的動能和勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，而機械能總量保持不變。 3、重力和彈力做功 Q：如果重力和彈力同時做功，物體的動能和勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，而系統(tǒng)的機械能總量

11、是否還保持不變呢？ A：依舊守恒。 （六）機械能守恒定律 板書：機械能守恒定律——在只有重力或彈簧彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機械能保持不變。 表達式： 【過渡】要理解機械能守恒定律，必須要清晰兩個問題： （1）機械能守恒定律描述的對象是單個物體還是系統(tǒng)？ （2）定律成立的條件？ 1、描述對象： (1)當(dāng)只有重力做功時，可取一個物體(其實是物體與地球構(gòu)成的系統(tǒng))作為研究對象． Q：機械能守恒定律描述的對象是單個物體還是系統(tǒng)？ A：系統(tǒng)。 Q：當(dāng)只有重力做功時，涉及的重力勢能事實上是屬于物體與地球構(gòu)成的系統(tǒng)的。不過由于表達習(xí)慣的問題，我們也會說物

12、體的重力勢能。所以當(dāng)只有重力做功時，可取一個物體作為研究對象。 (2)當(dāng)物體之間有彈簧彈力做功時，必須將彈簧及物體構(gòu)成的系統(tǒng)作為研究對象。 Q:但是，如果涉及彈簧彈力做功時，必須將彈簧及物體構(gòu)成的系統(tǒng)作為研究對象。 2、適用條件：只有重力或彈簧彈力做功。 Q：通過定律的表述以及前面幾幅圖的分析，我們可以知道，機械能守恒的條件是什么？ （1）只受重力或彈簧彈力，不受其他力！ （2）受其他力，但其他的力不做功！ 這是從做功的角度來進行判斷，也可從能量轉(zhuǎn)化角度看。如果只有系統(tǒng)內(nèi)只有動能和勢能之間的轉(zhuǎn)化，不涉及其他能量，則機械能守恒。 【強調(diào)】機械能守恒定律適合直線運動（比如自

13、由落體）；適合曲線（比如平拋）；適合恒力；同時也適合變力（單擺）。不管物體的運動狀態(tài)、受力情況如何，只要滿足只有重力或彈簧彈力做功，機械能守恒定律就適用。 （七）課堂鞏固練習(xí) 接下來，我們看看，下列哪些情況機械能是守恒的。其中除1外都不計空氣阻力。 例3、如圖所示，下列關(guān)于機械能是否守恒的判斷正確的是( CD　) A．甲中，物體A將彈簧壓縮的過程中，A機械能守恒 B．乙中，A置于光滑水平面，物體B沿光滑斜面下滑，B機械能守恒 C．丙中，不計任何阻力時A加速下落，B加速上升過程中，AB機械能守恒 D．丁中，小球沿水平面做勻速圓錐擺運動時，小球的機械能守恒 解析： 甲：物

14、體受重力、彈簧彈力，A與彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)機械能守恒。單個A的不守恒。 乙：物體B受重力、垂直于斜面的向上支持力。B向下運動時，A受到的垂直于斜面的向下的壓力使其向右運動，這樣B實際運動方向不再與斜面垂直，B受到的支持力做負功，B的機械能不守恒。 丙：AB組成的系統(tǒng)，不計任何阻力做功，只有機械能在兩物體之間相互轉(zhuǎn)移，不涉及其他形式能量的參與，故兩物體組成的系統(tǒng)機械能守恒。 ?。盒∏蚴苤亓?、繩子的拉力，拉力與速度方向垂直不做功，所以機械能守恒。 例4：把一個小球用細線懸掛起來，構(gòu)成為一個擺擺長為l，最大偏角為θ 。 （1）求小球運動到最低位置繩子的拉力？ （2）若小球擺到最低點時繩子恰好

15、斷裂，小球水平飛出時的離地高度為H，求小球落地時的速度。 解析：（1） （（2） 解題思路： （1)選取研究對象——系統(tǒng)或物體． (2)對對象進行受力做功分析，判斷機械能是否守恒． (3)選取參考平面，確定研究對象初、末狀態(tài)的機械能． (4)選取恰當(dāng)?shù)臋C械能守恒定律的表達式,列式求解. （八）課堂小結(jié) 我們通過對四種不同運動的分析，得到了在動能和勢能的轉(zhuǎn)化中，機械能的總量保持不變。不過這種守恒是有條件的——只有重力或者彈簧的彈力做功。當(dāng)只有重力做功時，可以選取單個物體作為這種守恒的描述對象。但是，涉及彈簧彈力做功時，物體與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒！ （九）作業(yè)布置 課時作業(yè)本上本節(jié)對應(yīng)練習(xí)。