《機(jī)械能守恒定律》教學(xué)設(shè)計(jì)說明

1、機(jī)械能守恒定律教學(xué)設(shè)計(jì)本節(jié)教材分析：通過前面幾節(jié)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生知道了重力做功會(huì)引起重力勢能的變化，彈簧的彈力做功會(huì)使彈性勢能發(fā)生變化，合外力的功將引起動(dòng)能的變化。使學(xué)生對(duì)于曾經(jīng)在初中階段學(xué)過的一些定性東西逐漸找到了定量方面的聯(lián)系，對(duì)功能的認(rèn)識(shí)也加深了，也萌發(fā)繼續(xù)探究下去的興趣。那么，在動(dòng)能、重力勢能和彈性勢能都參與轉(zhuǎn)化的過程中，情況又將如何呢？從知識(shí)發(fā)展的線索來看，本節(jié)容，既是對(duì)前幾節(jié)容學(xué)習(xí)的總結(jié)，也是對(duì)能量守恒定律的鋪墊。通過本節(jié)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)功是能量變化的量度會(huì)更加深刻的理解，也是從不同角度處理理學(xué)問題提過良好的途徑。本節(jié)容是本章的重點(diǎn)容。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生不難掌握機(jī)械能守恒的表達(dá)式和運(yùn)用機(jī)

2、械能守恒定律求解比較簡單的問題，但對(duì)具體問題中機(jī)械能守恒條件是否滿足的判斷還有一定難度，因此，機(jī)械能守恒定律條件的理解是本節(jié)容的難點(diǎn)。一、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能1 .知道什么是機(jī)械能，知道物體的動(dòng)能和勢能可以相互轉(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、態(tài)度與價(jià)值觀1 .通過能量守恒的教學(xué)，使學(xué)生樹立科學(xué)觀點(diǎn)，理解和運(yùn)用自然規(guī)律，并用來

3、解決實(shí)際問題。2 .應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決具體問題。二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)1 .掌握機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)、建立過程，理解機(jī)械能守恒定律的容。2 .在具體的問題中能判定機(jī)械能是否守恒，并能列出定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。教學(xué)難點(diǎn)1 .從能的轉(zhuǎn)化和功能關(guān)系出發(fā)理解機(jī)械能守恒的條件。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)所具有機(jī)械能。三、教學(xué)方法問題串教學(xué)、探究、講授、討論、練習(xí)。四、教學(xué)準(zhǔn)備電腦、投影儀、細(xì)線、小球，帶標(biāo)尺的鐵架臺(tái)、彈簧振子。五、教學(xué)過程新課導(dǎo)入問題1:前面我們學(xué)習(xí)了那些能量？問題2:這些能量概念是什么？表達(dá)式是什么？（學(xué)生回答并且舉例說明，教師根據(jù)學(xué)

4、生回答情況給予引導(dǎo)）問題3:動(dòng)能、重力勢能和彈性勢能的變化是什么力做功決定呢？（讓學(xué)生進(jìn)一步加深理解功是能量轉(zhuǎn)化的量度）問題4:我們已學(xué)習(xí)了重力勢能、彈性勢能、動(dòng)能.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.新課教學(xué)一、動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化師：現(xiàn)在大家看這樣幾個(gè)例子，分析各個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過程中能量的轉(zhuǎn)化情況.（課件展示教材上的實(shí)例，包括自由下落的物體、沿光滑斜面向下運(yùn)動(dòng)的物體、豎直上拋的物體等等，這些物體最好是具體的實(shí)物，以增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，減小問題的抽象性）師：我們先來看自由落體運(yùn)動(dòng)的物體，自由落體運(yùn)動(dòng)是一種最簡單的加速

5、運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中能量的轉(zhuǎn)化情況是怎樣的？生：在自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體在下落的過程中速度不斷增大，動(dòng)能是增加的；而隨著高度的減小，物體的重力勢能是減少的.師：在豎直上拋運(yùn)動(dòng)的過程中，能量的轉(zhuǎn)化情況又是怎樣的？生：豎直上拋運(yùn)動(dòng)可以分成兩個(gè)階段，一個(gè)是上升過程的減速階段，一個(gè)是下落過程的加速階段，下落過程的加速階段能量的變化過程和自由落體運(yùn)動(dòng)中能量的轉(zhuǎn)化過程是一樣的，動(dòng)能增加，重力勢能減少，因?yàn)檫@個(gè)階段的運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)上就是自由落體運(yùn)動(dòng).在上升過程中，物體的動(dòng)能減少，重力勢能增加.師：物體沿光滑斜面上滑，在運(yùn)動(dòng)過程中受到幾個(gè)力，有幾個(gè)力做功，做功的情況又是怎么樣的？生：在物體沿光滑的斜面上滑時(shí)，物體受

6、到兩個(gè)力的作用，其中包括物體受到的重力和斜面對(duì)它的支持力，這兩個(gè)力中重力對(duì)物體做負(fù)功，支持力的方向始終和物體運(yùn)動(dòng)方向垂直，所以支持力不做功.師：在豎直上拋過程中能量的轉(zhuǎn)化情況是怎樣的？生：在豎直上拋過程中，先是物體的動(dòng)能減少，重力勢能增加，然后是重力勢能減少，動(dòng)能增加.師：我們下面再看這樣一個(gè)例子：（演示：如圖5.81,用細(xì)線、小球、帶有標(biāo)尺的鐵架臺(tái)等做實(shí)驗(yàn).把一個(gè)小球用細(xì)線懸掛起來，把小球拉到一定高度的A點(diǎn)，然后放開，小球在擺動(dòng)過程中，重力勢能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化.我們看到，小球可以擺到跟A點(diǎn)等高的C點(diǎn)，如圖5.8-1甲.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

7、A點(diǎn)相同的高度，如圖5.8一1乙）乙圖W師：在這個(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)說明了什么問題？能否找到一個(gè)守恒量？生：小球在擺動(dòng)過程中受重力和繩的拉力作用.拉力和速度方向總垂直，對(duì)小球不做功,只有重力對(duì)小球能做功.實(shí)驗(yàn)證明，小球在擺動(dòng)過程中重力勢能和動(dòng)能在不斷轉(zhuǎn)化.在擺動(dòng)過程中，小球總能回到原來的高度.可見，重力勢能和動(dòng)能的總和不變.師：上面幾個(gè)例子都是說明動(dòng)能和重力勢能之間的相互轉(zhuǎn)化，那么動(dòng)能和另外一個(gè)勢能一一彈性勢能之間白關(guān)系又是什么呢豉們看下面一個(gè)演示實(shí)驗(yàn).（實(shí)驗(yàn)演示，如圖5.82,水平方向的彈簧振于.用彈簧振子演示動(dòng)能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化）ROC網(wǎng)囑跳

8、皿購nniiiiiinMUWMiM圖5.8-2師：在這個(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？（學(xué)生觀察演示實(shí)驗(yàn)，思考問題，選出代表發(fā)表見解）生1:小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，豎直方向上受重力和桿的支持力作用，水平方向上受彈力作用.重力、支持力和速度方向總垂直，對(duì)小球不做功；只有彈簧的彈力對(duì)小球能做功.生2:實(shí)驗(yàn)證明，小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中彈性勢能和動(dòng)能在不斷轉(zhuǎn)化.小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中總能回到原來的位置，可見，彈性勢能和動(dòng)能的總和應(yīng)該不變.師：動(dòng)能和重力勢能的總和或者動(dòng)能和彈性勢能的總和叫做什么能量？生：動(dòng)能和重力勢能和彈性勢能的總和叫做機(jī)械能.師：上述幾個(gè)例子中，

9、系統(tǒng)的機(jī)械能的變化情況是怎樣的？生：雖然動(dòng)能不斷地變化，勢能也不斷地變化，它們的變化應(yīng)該存在一個(gè)規(guī)律，即總的機(jī)械能是不變的.二、機(jī)械能守恒定律師：我們來看這樣一個(gè)問題：（課件展示課本76頁圖7.83的問題，學(xué)生自主推導(dǎo)結(jié)論，老師巡視指導(dǎo)，及時(shí)解決學(xué)生可能遇到的困難.投影學(xué)生的推導(dǎo)過程，和其他學(xué)生一起點(diǎn)評(píng)）物體沿光滑曲面滑下，只有重力對(duì)物體做功.用我們學(xué)過的動(dòng)能定理以及重力的功和重力勢能的關(guān)系，推導(dǎo)出物體在A處的機(jī)械能和B處的機(jī)械能相等.師：這個(gè)問題應(yīng)該怎樣解決，結(jié)論是什么？生：推導(dǎo)的結(jié)果為：Ek2+Ep2=Eki+Epi,即Ei=E2.師：這個(gè)結(jié)論用文字?jǐn)⑹鰬?yīng)該是什么？生：動(dòng)能和重力勢能可以相

10、互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變.師：這個(gè)結(jié)論的前提是什么？生：這個(gè)結(jié)論的前提是在只有重力做功的物體系統(tǒng).師：除了這樣一個(gè)條件之外，在只有彈力做功的系統(tǒng)，動(dòng)能和彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能不變.師（得出Z論）：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)，動(dòng)能和彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化，總的機(jī)械能也保持不變，這就是機(jī)械能守恒定律.（課件展示出讓學(xué)生判斷各個(gè)實(shí)例中機(jī)械能是否守恒。學(xué)生練習(xí)，并讓學(xué)生主動(dòng)解釋教師適時(shí)給予引導(dǎo)，給出正確的評(píng)價(jià)）（投影展示課本7677頁例題，學(xué)生嘗試獨(dú)立解決這個(gè)問題，在解決問題中體會(huì)用機(jī)械能守恒定律解決問題的一般步驟）把一個(gè)小球用細(xì)線懸掛起來，就成為一個(gè)擺，擺長為L,最大傾角為。.小球

11、到達(dá)最底端的速度是多大？師：這個(gè)問題應(yīng)該怎樣分析？生：和剛才舉的例子一樣，小球在擺動(dòng)過程中受到重力和細(xì)線的拉力.細(xì)線的拉力與小球的運(yùn)動(dòng)方向垂直，不做功，所以整個(gè)過程中只有重力做功，機(jī)械能守恒.小球在最高點(diǎn)只有重力勢能，沒有動(dòng)能，計(jì)算小球在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的重力勢能的差值，根據(jù)機(jī)械能守恒定律就能得到它在最低點(diǎn)的動(dòng)能，從而計(jì)算出在最低點(diǎn)的速度.師：具體的解答過程是什么？室:小球在最高點(diǎn)為初狀毒，如果杷最低點(diǎn)的重力勢能定為零.在百點(diǎn)的力勢皎就是/三融晨/一止她,而動(dòng)第為零,即小球在景低點(diǎn)為末狀毒.勢能E聲=0,畫動(dòng)能可以表示為=；端也運(yùn)夠過程中只有重力做功.所以機(jī)械能守恒,即Eu+EhkEl+E。把各

12、個(gè)狀態(tài)下的動(dòng)能、瞥能的表達(dá)式代人,可糊工J折/工楙屋由此II出5師：通過這個(gè)題目的解答，你能夠得到什么啟發(fā)呢？生1：機(jī)械能守恒定律不涉及運(yùn)動(dòng)過程中的加速度和時(shí)間，用它來處理問題要比牛頓定律方便.生2:用機(jī)械能守恒定律解題，必須明確初末狀態(tài)機(jī)械能，要分析機(jī)械能守恒的條件.師：下面大家總結(jié)一下用機(jī)械能守恒定律解決問題的一般步驟.（投影學(xué)生總結(jié)的用機(jī)械能守恒定律解題的一般步驟，組織學(xué)生討論完善這個(gè)問題，形成共同的看法）（參考解題步驟）生：可以分為以下幾步進(jìn)行：1 .選取研究對(duì)象一一系統(tǒng)或物體.2 .根據(jù)研究對(duì)象所經(jīng)歷的物理過程.進(jìn)行受力、做功分析，判斷機(jī)械能是否守恒.3 .恰當(dāng)?shù)剡x取參考平面，確定研

13、究對(duì)象在過程的初末狀態(tài)時(shí)的機(jī)械能.4 .根據(jù)機(jī)械能守恒定律列方程，進(jìn)行求解.師：它和動(dòng)能定理解題的相同點(diǎn)是什么呢？生：這兩個(gè)定理都可以解決變力做功問題和運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線的問題.它們都關(guān)心物體初末狀態(tài)的物理量.師：用動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律解題的不同點(diǎn)是什么？生：機(jī)械能守恒定律需要先判斷機(jī)械能是不是守恒，而應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí)要求要比機(jī)械能守恒定律條件要寬松得多.應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問題首先要規(guī)定零勢能面，而用動(dòng)能定理解決問題則不需要這一步.師：剛才同學(xué)們分析得都很好，機(jī)械能守恒定律是一個(gè)非常重要的定律，大家一定要熟練掌握它.實(shí)例探究：如圖所示，在豎直平面有一段四分之一圓弧軌道，半徑OA在水平方向，一個(gè)質(zhì)量為m的小球從頂端A點(diǎn)由靜止開始下滑，不計(jì)摩擦，求小球到達(dá)軌道底端B點(diǎn)時(shí)小球?qū)壍缐毫Φ拇笮槎嗌?？rTTT2一課堂小結(jié)（讓學(xué)生根據(jù)聽課效果給出總結(jié)，教師點(diǎn)評(píng)指正。板書設(shè)計(jì)機(jī)械能守恒定律1、容：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)，物體的動(dòng)能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。Ek=Ek2+Ep22、表達(dá)式:E產(chǎn)E2,mvjmgh212一mv,2mgh,3、適用條件：只有重力做功或彈力做功注：此處彈力高中階段特指彈簧類彈力六、教學(xué)后記繼動(dòng)能定理以后，我們緊接著又開始學(xué)習(xí)用能量方法解決問題的另外一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)，在