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1、机械能守恒定律教学设计中山市实验中学 张娜教学内容选自粤教版物理必修2第四章第四节一、教学目标（一）知识与技能1、知道什么是机械能，理解物体的动能和势能可以相互转化；2、理解机械能守恒定律的内容和适用条件；3、会判定具体问题中机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决实际问题。（二）过程与方法1、学会在具体的问题中判定物体的机械能是否守恒；2、初步学会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象，分析问题。（三）情感、态度与价值观通过能量守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问题。二、学情分析学生在初中时已经从感性认识上接触过该定律，不过，从牛顿力学转移到守恒的思路上来，学生
2、的思维上有一个突变，同时守恒的思想又更抽象一些，所以学生接受起来更困难一些，因此在教学时要多举实例（变抽象为形象），以降低学生学习的困难。三、教学重点1、掌握机械能守恒定律的推导、建立过程。理解机械能守恒定律的内容；2、理解机械能守恒定律，掌握定律的应用。四、教学难点1、理解机械能守恒的成立条件，能正确分析系统所具有的机械能。2、理解机械能守恒定律，掌握定律的应用。五、教学方法推导法、分析归纳法、交流讨论法。六、教学过程（一）新课引入Q：上课之前，我们先来玩一个小实验。在这里有一个传说中的单摆，下面挂着的是一个重锤，如果我将它从下巴这里释放，当它摆回来的时候，会不会免费帮我做个整形呢？A：不会
3、Q：真的不会吗？我们找个人来试一试。（自荐）A：没有打到。Q：结果大家都能预料到，至于其中的原因是什么？包含着怎样的物理规律？我们学会这节课的内容，相信大家就非常清晰了！板书：4.4机械能守恒定律（二）机械能Q：在本章第二节的时候我们学习了两种形式的能量，动能A：动能、重力势能、弹性势能，Q：物理学中，我们将动能和势能统称为机械能。Q：能量是标量还是矢量？A：标量！Q：所以机械能的大小可以怎么表示？A：等于动能、重力势能、弹性势能的代数和。Q：它表达式可以写成这样：板书：机械能 Q：物体自由下落，最高点时只有重力势能，下落过程重力势能减少；而由于加速动能增加。这里增加的动能是怎么来的？ A：重
4、力势能转化来的！（三）动能与势能之间的相互转化过渡：事实上，生活中动能和重力势能、弹性势能进行转化是非常常见的。1、动能重力势能Q：你能否举出几个动能和重力势能相互转化的例子呢？A：苹果的下落Q：三峡大坝水的下落，重力势能转化为水的动能，从而带动发动机发电。2、动能弹性势能Q：你能否举出几个动能和弹性势能相互转化的例子呢？A：弯弓射箭。弓的弹性势能转化为箭的动能。2、重力势能动能弹性势能Q：生活中有没有同时涉及三种能量转化的例子呢？A：蹦床【观看蹦床视频】Q：大家在观看蹦床视频的时候，仔细分析一下，不同的过程分别对应的是什么能量之间的转化！下降：空中时，重力势能转化为动能；从接触弹簧到运动至最
5、低点的过程中，若以最低点为零势能面动能和重力势能最终都转化为弹簧的弹性势能。上升：三种能量的转化与下落过程是对应的！（四）追寻守恒量过渡：然而，动能和势能时间的转化是随随便便的吗？我们回到原点，回到单摆！实验1：单摆 将单摆的小球从某一点A由静止释放，小球在向下摆动的过程中，重力势能转化为动能。向上摆时，动能转化为重力势能。往返的过程中再次转化。Q：在往返的过程中有什么特别的地方？A：总是能上到同一高度。Q：我们将两侧能上到的最高点A、B连起来，看的更清楚一些。如果我们在某地（竖直方向的点，要先确定好）用东西挡住绳子，还能不能上到同样的高度呢？A：依旧可以！【画出完整的图最低点、挡住之后的图像
6、】Q：为什么会这样呢？ 虽然动能不断的变化，重力势能也在不断变化，但是“变中有恒”。因此我们可以做一个大胆的假设，小球摆动的过程中总能回到原来的高度，是因为这种的变化中有一个物理量是始终不变的！什么呢？A：机械能！Q：怎么去验证我们的猜想呢？A：得实验验证！Q：除了实验验证之外，我们还可以进行理论推导！（五）机械能守恒定律的理论推导1、重力做功让我们借助最简单的自由落体问题，来看看AB处的机械能及大小关系。其中图中标出的物理量都是已知。【自己板书】图1：由动能定理，可得：（动能定理）（重力势能的减少量=动能的增加量）结论：当物体做自由落体运动时，物体的动能和势能发生相互转化，而机械能总量保持不
7、变。Q：其他的运动，是不是也是如此呢？我们再来分析平抛、沿光滑斜面下滑、单摆运动时的情况。其中，图中标出的物体量都是已知。我们来分小组进行，第一大组推导图1。3min之后告诉大家你的结论！Q：第一组结果如何？（各组询问到）A：AB处的机械能相同！Q：物体的动能和势能相互转化，而机械能总量保持不变。这种不变是在任意的运动情况下都成立的吗？还是说需要满足什么条件？看这四幅图！1做自由落体；2做平抛。这两种运动的共同特点是什么？A：只受重力！Q：这也就是说，只受重力时，物体的动能和势能发生相互转化，而机械能总量保持不变。 Q：图3的结论是不是也是这样呢？机械能总量也是不变的，但是好像不止受重力哦？A
8、：还有支持力。Q：对，但是既然三种情况机械能总量都不变，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，但是也是只有重力做功。图4，受重力、拉力，也是只有重力做功。小结：当只有重力做功时，物体的动能和势能发生相互转化，而机械能总量保持不变。这也就是为什么一开始时重锤不会砸到我的原因！2、弹力做功Q：我们知道，机械能还包括弹性势能。当只有弹力做功时，物体的动能和弹性势能发生相互转化，机械能总量是不是也保持不变呢？我们利用弹簧振子的运动情况来研究。【介绍装置】固定的弹簧右侧连接滑块，滑块上固定物体。滑块放在气垫导轨上，导轨光滑无摩擦，滑块在水平方向上只受弹簧的弹力。在滑块运动的
9、过程中，大家仔细观察物体的位置情况。【播放视频】Q：物体总是能运动到6cm处。从拉伸到恢复原状的过程中：弹簧的弹性势能完全转化为动能；从原状到压缩弹簧的过程中：动能完全转换为了弹簧的弹性势能。由于物体左右都能运动到6cm处，所以动能与弹性势能的总和保持不变，机械能总量保持不变！Q：物体的机械能总量是不是保持不变？A：是！Q：物体在右侧最远处动能是0，而弹簧原状时，有速度有动能。物体的机械能守恒吗？A：不守恒。Q：动能与弹性势能的总和保持不变，所以是物体与弹簧组成的系统机械能总量保持不变！小结：当只有弹力做功时，系统的动能和势能发生相互转化，而机械能总量保持不变。3、重力和弹力做功Q：如果重力和
10、弹力同时做功，物体的动能和势能发生相互转化，而系统的机械能总量是否还保持不变呢？A：依旧守恒。（六）机械能守恒定律板书：机械能守恒定律在只有重力或弹簧弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。表达式： 【过渡】要理解机械能守恒定律，必须要清晰两个问题：（1）机械能守恒定律描述的对象是单个物体还是系统？（2）定律成立的条件？1、描述对象：(1)当只有重力做功时，可取一个物体(其实是物体与地球构成的系统)作为研究对象Q：机械能守恒定律描述的对象是单个物体还是系统？A：系统。Q：当只有重力做功时，涉及的重力势能事实上是属于物体与地球构成的系统的。不过由于表达习惯的问题，我们
11、也会说物体的重力势能。所以当只有重力做功时，可取一个物体作为研究对象。(2)当物体之间有弹簧弹力做功时，必须将弹簧及物体构成的系统作为研究对象。Q:但是，如果涉及弹簧弹力做功时，必须将弹簧及物体构成的系统作为研究对象。2、适用条件：只有重力或弹簧弹力做功。 Q：通过定律的表述以及前面几幅图的分析，我们可以知道，机械能守恒的条件是什么？（1）只受重力或弹簧弹力，不受其他力！（2）受其他力，但其他的力不做功！这是从做功的角度来进行判断，也可从能量转化角度看。如果只有系统内只有动能和势能之间的转化，不涉及其他能量，则机械能守恒。【强调】机械能守恒定律适合直线运动（比如自由落体）；适合曲线（比如平抛）
12、；适合恒力；同时也适合变力（单摆）。不管物体的运动状态、受力情况如何，只要满足只有重力或弹簧弹力做功，机械能守恒定律就适用。（七）课堂巩固练习接下来，我们看看，下列哪些情况机械能是守恒的。其中除1外都不计空气阻力。例3、如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是( CD)A甲中，物体A将弹簧压缩的过程中，A机械能守恒B乙中，A置于光滑水平面，物体B沿光滑斜面下滑，B机械能守恒 C丙中，不计任何阻力时A加速下落，B加速上升过程中，AB机械能守恒D丁中，小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时，小球的机械能守恒解析：甲：物体受重力、弹簧弹力，A与弹簧构成的系统机械能守恒。单个A的不守恒。乙：物体B受重力
13、、垂直于斜面的向上支持力。B向下运动时，A受到的垂直于斜面的向下的压力使其向右运动，这样B实际运动方向不再与斜面垂直，B受到的支持力做负功，B的机械能不守恒。丙：AB组成的系统，不计任何阻力做功，只有机械能在两物体之间相互转移，不涉及其他形式能量的参与，故两物体组成的系统机械能守恒。丁：小球受重力、绳子的拉力，拉力与速度方向垂直不做功，所以机械能守恒。例4：把一个小球用细线悬挂起来，构成为一个摆摆长为l，最大偏角为 。（1）求小球运动到最低位置绳子的拉力？（2）若小球摆到最低点时绳子恰好断裂，小球水平飞出时的离地高度为H，求小球落地时的速度。解析：（1）（2）解题思路：（1)选取研究对象系统或物体(2)对对象进行受力做功分析，判断机械能是否守恒(3)选取参考平面，确定研究对象初、末状态的机械能(4)选取恰当的机械能守恒定律的表达式,列式求解.（八）课堂小结我们通过对四种不同运动的分析，得到了在动能和势能的转化中，机械能的总量保持不变。不过这种守恒是有条件的只有重力或者弹簧的弹力做功。当只有重力做功时，可以选取单个物体作为这种守恒的描述对象。但是，涉及弹簧弹力做功时，物体与弹簧组成的系统机械能守恒！（九）作业布置课时作业本上本节对应练习。
