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（新教材）统编人教版高中物理必修二第八章第4节《机械能守恒定
律》优质课教案（2课时）
【教材分析】
本课教材主要内容有三个方面：追寻守恒量、动能与势能的相互转化、机械能守恒定律。
教材一开始以伽利略的小球实验引入，让学生思考小球运动后面的物理知识；紧接着讲述了科学家们追寻守恒量的历史；在此基础上，教材分析了动能与势能的相互转化，从而得出机械能可以从一种形式转化成另一种形式的结论；教材又以动能与势能的相互转化（定量分析）为例得出机械能守恒定律；教材最后讲述了守恒定律的重要意义。
教材安排有思考与讨论以提高学生理解、探究分析解决问题的能力。
【教学目标】
1.了解科学家们追寻守恒量的过程，能理解动能与势能的相互转化。
2.理解机械能的概念及机械能可以从一种形式转化成另一种形势。
3.理解机械能守恒定律和守恒定律的意义。
【核心素养】
1.物理观念：通过学习机械能守恒定律，能从物理学视角形成能量观；形成从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的能力。
2.科学思维：能从物理学视角认识机械能守恒定律；能基于经验事实。
课时教案第 八 单元第4案课题： §8.4.1 机械能守恒定律（约 2 课时）2020 年总第 案 月日物理观念：知道什么是机械能，理解动能和势能之间可以相互转化；教学目标 科学思维：理解机械能守恒的含义及其适用条件，会判定是否守恒； 核心素养 科学探究：会探究动能和势能的转化关系；科学态度与责任：通过追寻守恒量的学习，是学生树立科学观点，理解自然规律。
1．机械能守恒定律的推导及理解教学重点 2．机械能守恒的判定及简单应用3．1．机械能守恒条件的理解教学难点 2．机械能守恒的判定3．高考考点课型新授教具教法 教学环节教学过程 教师活动预设复习回顾：学生活动预设1．什么是重力势能，有哪些性质，正负的含义。
2．重力做功的特点及与重力势能变化的关系。
3．弹力做功和弹性势能变化的关系。
4．什么是动能？如何量度动能的变化？学生分析动能和新课引入：势能可以相互转问题 1：跳高运动员是以高度来计算成绩，为什么他们在跳之前 化。
要助跑呢？其他学生补充日常生活中动能和势能相互转化的例子。
-1-教师总结，动能和势能可以相互转化，在转化过程中，二者之和会不会变化呢？教学环节一、追寻守恒量教师活动预设学生活动预设伽利略曾研究过小球在斜面上的运动，如图示，发现无论斜面 B 比斜面 A 陡些还是缓些，小球的速度最后总会在斜面上某点变为 0，这点距斜面低端的高度高度与它出发时的高度基本相同，如果忽略阻力和摩擦力，两个高度应该完全相同，不会低些也不会高些。
思考：在小球运动过程中，有哪些物理量是变化的？哪些是不 变的？阅读教材 P89 内 容，回答问题。
教师总结：小球每次好像“记得”自己的起始高度，到达另一边总要到达原来的高度，这说明小球运动过程中动能和势能是相互转化的，转化中某个量是保持不 变的。
小游戏，找一名同学上讲台，用 一细线栓一小球，将小球拉倒该同学 鼻尖位置，释放，观察学生的反映。
二、动能和势能的相互转化学生解释小球返 回时，如果该同 学不躲闪，小球 会不会碰到他鼻 尖？1．动能和重力势能的转化 分析下落的果实、过山车、斜抛 的物体等自然现象中机械 能之间是怎样转化的？教学环节 2．动能和弹性势能的转教化师活动预设学生活动预设弹簧的一端固定在光滑横杆上一端，另- 一2 - 端与小球相连，让小球在水平的横杆上做往复运动。
课时教案第 八 单元第5案课题： §8.4.2 机械能守恒定律的应用（约 2 课时）2020 年总第 案 月日物理观念：知道什么是机械能，理解动能和势能之间可以相互转化；教学目标 科学思维：理解机械能守恒的含义及其适用条件，会判定是否守恒； 核心素养 科学探究：会探究动能和势能的转化关系；科学态度与责任：通过追寻守恒量的学习，是学生树立科学观点，理解自然规律。
1．机械能守恒定律的理解教学重点 2．机械能是否守恒的判定3．机械能守恒定律的综合应用1．守恒条件的灵活应用教学难点 2．机械能守恒表达式的灵活选择3．机械能守恒定律的综合应用高考考点课型新授教具教法教学过程教学环节教师活动预设学生活动预设复习回顾：1．什么是机械能，有哪些性质。
结合定律内容回2．机械能守恒定律的内容及条件答问题：如果两3．如何判定机械能是否守恒个状态的机械能4．机械能守恒定律的常用表达式有哪些相等，机械能是否守恒？ 练．在下面各个实例中，除 A 外都可忽略空气阻力，判断哪些机械能是守恒的，并说明理由。
A．伞兵带着张开的降落伞在空气中匀速下落。
教学环节 B．抛出的手榴弹做抛物教线师运活动动。
预设学生活动预设C．物体沿着光滑的曲面滑下。
D．拉着物体沿着光滑的斜面匀速上升。
E．在光滑水平面上运动的小球，碰到弹簧上，把弹簧压缩后又被弹簧弹回来。
练 2．一质量为 2kg 金属球在离地面 10m 处以 10m/s 的速度水 平抛出（忽略空气阻力，g=10N/kg）。
求离地面 5m 处的速度 大小？ 解：法 1．以地面为零势能面，由机械能守恒得：教师引导学生一 起分析解题过 程，在分析过程 中渗透解题的各mgh11 2mv12mgh21 2mv2 2个环节。
代入数据得： v2 10 2m/s法 2．根据动能的增量等于重力势能的减少量，得：1 2mv221 2mv12mg(h1h2 )机械能守恒时，代入数据得： v2 10 2m/s动能定理和机械总结得出应用机械能守恒定律解题的一般步骤： ①选取研究对象----物体系或物体，确定初、末状态。
5.8.1机械能守恒定律的应用学习目标:1.加深对机械能守恒定律的理解。
2. 掌握应用机械能守恒定律的解题步骤，理解应用机械能守恒定律处置问题的长处。
3．熟练应用机械能守恒定律解决力学问题。
学习重点: 1. 应用机械能守恒定律的解题步骤。
2. 应用机械能守恒定律解决实际问题。
学习难点: 应用机械能守恒定律解决实际问题。
主要内容:一、对机械能守恒定律的进一步的理解1．关于守恒表达式及其选择问题机械能守恒定律的常常利用的表达式有三种形式：1．E1=E2(E1、E2别离表示系统初、末状态时的总机械能)（从守恒的角度看）；2．△E k=-△E p(表示系统势能的减少量等于动能的增加量)（从转化的角度看）；3．△E A=-△E B(表示系统只有A、B两物体时，A增加的机械能等于B减少的机械能)（从转移的角度看）。
解题时究竟选取哪一种表达形式，应按照题意灵活选取。
需注意的是：选用1式时，必需规定零势能参考面，而选用2式和3式时，能够不规定零势能参考面，但必需分清能量的减少量和增加量。
2．机械能守恒定律解力学问题的长处及应用范围应用机械能守恒定律解题，是从分析状态的转变入手，只涉及始末状态的能量，而不涉及运动进程的细节，从而简化步骤。
彼此作使劲能够是恒力也能够是变力。
如此就避免了直接应用牛顿第二定律时所面临的困难，使问题的解决变得简便。
不仅如此，用机械能守恒定律解题也开创了利用“守恒量”处置问题的先河。
但应看到，机械能守恒定律的适用条件比较严格，前面提到的判断守恒的方式，实际应用起来，往往难于把握，所以应用机械能守恒定律解题的范闱比较窄小(远不如动能定理应用范隔广)，一般常常利用于：①抛体运动；②质点在竖直平面内的圆周运动；③质点沿滑腻不动的斜面或曲面的运动。
二、应用机械能守恒定律解题的步骤1．按照题意选取研究对象；对象能够是单个物体（不考虑地球自身机械能转变）也能够是系统，并明确系统组成。
2．对研究对象进行受力分析和做功情形分析，判断是不是知足机械能守恒条件。
统编人教版高中物理必修第二册《4 机械能守恒定律》优质课公开课课件、教案第八章机械能守恒定律第4节机械能守恒定律教材分析本节内容是本章教材的重点内容，它既是对前面几节内容的总结，也是对能量守恒定律的铺垫。
通过本节内容的学习，学生对功是能量转化的量度会有更加深刻的理解，也为从不同角度处理力学问题提供了良好的途径。
通过学习，学生不难掌握机械能守恒定律的表达式和运用机械能守恒定律求解简单问题，但对守恒条件的判断有一定的困难，对条件的理解是本节内容的难点。
教学目标与核心素养物理观念：知道什么是机械能，理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件科学思维：会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象，理解机械能守恒的基本思路科学探究：运用动能定理推导机械能守恒定律，体会做功在能量转化过程的用途。
科学态度与责任：通过机械能守恒的教学，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。
教学重难点1、教学重点：在具体的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出定律的数学表达式2、教学难点：能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒，能正确分析物体系统所具有的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能。
课前准备多媒体课件教学过程【新课导入】知识回顾1、动能:物体由于运动而具有的能。
2、重力势能:地球上的物体具有的跟它的高度有关的能。
3、弹性势能:发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有弹力的相互作用而具有的势能。
4、动能定理：合力所做的总功等于物体动能的变化。
5、重力做功与重力势能变化的关系：重力做的功等于物体重力势能的减少量。
我们已学习了动能、重力势能和弹性势能。
各种形式的能可以相互转化，物体所受合外力所做的功等于物体动能的改变，重力对物体所做的功等于物体初位置的重力势能与末位置重力势能的差。
在一定条件下，物体的动能与势能（包括重力势能和弹性势能）可以相互转化，本节课我们就来定量地研究它们间相互转化时遵循的规律。
【新课教学】（一）追寻守恒量1．学生阅读课文P89问题。
2．课件展示：伽利略理想斜面实验。
3．质疑讨论（1）当小球沿斜面从高处由静止滚下时，小球的高度不断减小，而速度不断增大，这说明了什么？学生交流讨论总结：小球凭借其位置而具有的某一物理量在不断减小，而由于其运动而具有的某一物理量在不断增大。
（2）当小球从斜面底沿另一斜面向上滚时，小球的位置不断升高，而速度不断减小，这说明了什么？学生交流讨论总结：小球凭借其位置而具有的某一物理量在不断增加，而由于其运动而具有的某一物理量在不断减小。
4．继续展示课件调整斜面倾角，引导同学观察小球运动，指导学生用自己的语言描述看到的现象，改变倾角再看。
结论：小球每次好像都“记得”自己的起始高度，到斜面的另一边，总要达到原来的高度。
这个过程说明了小球凭借其位置而具有的某一物理量与其运动而具有的某一物理量在运动过程中是相互转化的，而其总量是保持不变的。
教师活动：引导学生阅读教材，并用能量的观点，解释小球释放后为什么会重新回到原来的高度。
质疑讨论：（1）小球要达到与斜面B等高的地方，必须满足什么条件？（2）小球在初始位置的重力势能与小球到达底端时的动能具有什么关系？（3）小球在其它位置的能量与小球在初始位置的重力势能有什么关系？总结：如果没有摩擦，小球向下运动时，重力势能向动能转化，小球在斜面底端的动能等于小球在初始位置时的重力势能；当小球向上运动时，动能向重力势能转化，小球上升到最高位置时的重力势能与底端时的动能相等，所以小球一定能上升到与斜面B等高的地方。
事实上，小球在任何位置的动能与重力势能之和都相等，即机械能守恒。
（二）动能与势能的相互转化1．动能和重力势能的相互转化通过重力或弹力做功，动能与势能可以相互转化。
物体沿光滑斜面滑下时，重力对物体做正功，物体的重力势能减少。
减少的重力势能到哪里去了？我们发现，在这个过程中，物体的速度增加了，表示物体的动能增加了。
这说明，物体原来的重力势能转化成了动能。
具有一定速度的物体，由于惯性沿光滑斜面上升，这时重力对物体做负功，物体的速度减小，表示物体的动能减少了。
但由于物体的高度增加，它的重力势能增加了。
这说明，物体的动能转化成了重力势能。
竖直向上抛出一个物体，随着物体高度的增加，它的速度会减小；当物体到达最高点后会转而下降，同时速度逐渐增大。
这一过程同样可以从动能和重力势能相互转化的角度来分析。
不仅重力势能可以与动能相互转化，弹性势能也可以与动能相互转化。
例如，被压缩的弹簧具有弹性势能，当弹簧恢复原来形状时，就把跟它接触的物体弹出去。
这一过程中，弹力做正功，弹簧的弹性势能减少，而物体得到一定的速度，动能增加。
（三）机械能守恒定律1．机械能（1）物体的动能和势能之和称为物体的机械能。
机械能包括动能、重力势能和弹性势能。
动能和势能（包括重力势能和弹性势能）属于力学范畴，统称为机械能。
（2）表达式动能和势能都是标量、状态量，某状态的机械能E也是标量、状态量。
同一状态的动能和势能之和为该状态的机械能，即E＝E K＋E P不同时刻或状态的动能与势能之和不表示机械能。
2．机械能守恒定律的推导动能与势能的相互转化是否存在某种定量的关系？这里以动能与重力势能的相互转化为例，讨论这个问题。
我们讨论物体只受重力的情况，如自由落体运动或各种抛体运动；或者虽受其他力，但其他力并不做功，如物体沿如图所示光滑曲面滑下的情形。
一句话，在我们所研究的情形里，只有重力做功。
在图中，物体在某一时刻处在位置A，这时它的动能是E k1，重力势能是E P1，总机械能是E1＝E k1＋E P1。
经过一段时间后，物体运动到另一位置B，这时它的动能是E k2，重力势能是E P2，总机械能是E2＝E K2＋E P2。
以W表示这一过程中重力所做的功。
从动能定理知道，重力对物体所做的功等于物体动能的增加，即W＝E K2－E K1另一方面，从重力的功与重力势能的关系知道，重力对物体所做的功等于重力势能的减少（见本章第四节“重力势能”），即W＝E P1－E P2从以上两式可得E P1－E p2＝E k2－E K1移项后，有E k2＋E P2＝E k1＋E P1即E2＝E1可见，在只有重力做功的物体系统内，动能与重力势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。
同样可以证明，在只有弹簧弹力做功的物体系统内，动能和弹性势能可以互相转化，总的机械能也保持不变。
3．机械能守恒定律（1）内容在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。
这叫做机械能守恒定律（law of conservation of mechanical energy）。
它是力学中的一条重要定律，是普遍的能量守恒定律的一种特殊情况。
（2）机械能守恒的条件①只有重力对物体做功时物体的机械能守恒在前面的证明过程中可以看到，在只有重力做功的情况下，只引起动能和重力势能之间的相互转化，物体的机械能守恒。
只有重力做功与物体只受重力不同。
所谓只有重力做功，包括两种情况：a．物体只受重力，不受其他的力；b．物体除重力外还受其他的力，但其他力不做功。
而物体只受重力仅包括一种情形。
②弹簧和物体组成的系统的机械能守恒以弹簧振子为例（未讲振动，不必给出弹簧振子名称，只需讲清系统特点即可），简要分析系统的弹性势能与动能的转化。
放开被压缩的弹簧，可以把跟它接触的小球弹出去，在小球被弹簧弹出的过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的动能。
类比得到：如果有弹力做功，动能和弹性势能之和保持不变，即机械能守恒。
所谓只有弹力做功，包括物体只受弹力作用，不受其他的力；物体除受弹力外还受其他的力，但其他力不做功。
进一步定量研究可以证明，在只有弹簧弹力做功条件下，物体的动能与势能可以相互转化，物体的机械能总量不变。
从功的角度来表述机械能守恒的条件是：只有重力和弹簧弹力对物体做功，其它力不做功或功等于零。
在中学阶段主要定量计算重力势能和动能之间相互转化时的机械能守恒，因而课本中只强调只有重力做功这个条件。
但要注意分析含有弹簧弹力做功情况下机械能守恒的定性分析。
从能量的角度来表述机械能守恒的条件：对某一物体系统，如果没有摩擦和介质阻力，只发生动能和势能的相互转换，无机械能和非机械能的转换，则物体系统的机械能保持不变。
（3）表达式初状态的机械能跟末状态的机械能相等。
E1＝E2机械能的变化量为零。
ΔE＝0初状态的动能和势能之和等于末状态的动能和势能之和。
E P1＋E k1＝E P2＋E k2动能（或势能）的增加量等于势能（或动能）的减少量。
ΔE P＝－ΔE KA物体机械能的增加量等于B物体机械能的减少量。
ΔE A＝－ΔE B（4）说明①机械能守恒定律说明了机械能中的动能和势能这两种形式的能量在一定条件下可以相互转化，同时还说明了动能和势能在相互转化的过程中所遵循的规律，即总的机械能保持不变。
②机械能守恒定律的研究对象为物体系统，因机械能中的势能属物体系统共有。
定律中所说“物体”为习惯说法，它实际上应为包括地球在内的物体系统。
4．机械能守恒定律的应用【例题1】把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆（如图），摆长为l，最大偏角为θ。
小球运动到最低位置时的速度是多大？分析小球摆动过程中受重力和细线的拉力。
细线的拉力与小球的运动方向垂直，不做功，所以这个过程中只有重力做功，机械能守恒。
小球在最高点只有重力势能，没有动能，计算小球在最高点和最低点重力势能的差值，根据机械能守恒定律就能得出它在最低点的动能，从而算出它在最低点的速度。
小球在最高点与最低点的高度差为l－l cosθ，这点可由几何关系得出。
解小球在最高点作为初状态，如果把最低点的重力势能定为0，在最高点的重力势能就是E P1＝mg（l－l cosθ），而动能为零，即E K1＝0。
小球在最低点为末状态，势能E P2＝0，而动能可以表示为运动过程中只有重力做功，所以机械能守恒，即E k2＋E P2＝E k1＋E P1把各个状态下动能、势能的表达式代入，得由此解出解决一个问题之后要对结论进行分析。
如果与已有的知识或日常经验不一致，则要认真考虑，看看是否出现了错误。
从得到的表达式可以看出，初状态的θ角越大，cosθ越小，（1－cosθ）就越大，v也就越大。
也就是说，最初把小球拉得越高，它到达最下端时的速度也就越大。
这与生活经验是一致的。
另解：选择A、C点所在的水平面作为参考平面时，小球在最高点时的机械能为E1＝E p1＋E k1＝0，小球摆球到达最低点时的，重力势能E p2＝－mgh＝－mgl(1－cosθ)，根据机械能守恒定律有【例题2】一个物体从光滑斜面项端由静止开始滑下，如图。
斜面高1m，长2m。
不计空气阻力，物体滑到斜面底端的速度是多大？解法一：用动力学运动学方法求解。
