高中物理 第四章 机械能和能源 5 机械能守恒定律教案2 教科版必修2(2021年最新整理)

10．能量守恒定律与能源

三维目标

知识与技能

理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散；

过程与方法

通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义。

情感、态度与价值观

1．感知我们周围能源的耗散，树立节能意识；

2．通过能量守恒定律的教学，让学生领略物理规律的和谐美和简洁美，发展对科学的好奇心与求知欲。

教学重点

能量守恒定律的内容。

教学难点

1．理解能量守恒定律的确切含义；

2．能量转化的方向性。

教学方法

教师启发、引导，学生自主阅读、思考，并讨论、交流学习成果。

教学工具

投影仪、教学录像或课件。

教学过程

［新课导入］

我们已学习了多种形式的能，请同学们说出你所知道的能量形式。我们还知道不同能量之间是可以相互转化的，请你举几个能量转化的例子。

在一个玻璃容器内放入沙子，拿一个小铁球分别从某一高度释放，使其落到沙子中。小球运动过程中机械能是否守恒？请说出小球运动过程中能量的转化情况。

在盛有水的玻璃容器中放一小木块，让小木块在水中上下浮动，过一段时间，小木块停止运动。小木块运动过程中机械能是否守恒？请说出小球运动过程中能量的转化情况。

以上实验表明，各种形式的能量可以相互转化，一种能量减少，必有其他能量增加，一个物体的能量减少，必定其他物体能量增加，能量的总和并没有不化。这就是我们今天要学习的能量守恒定律。 ［新课教学］

一、能量守恒定律

1．自然现象之间的普遍联系

我们可以从千差万别的各种自然现象中抽象出一个共通的量──能量，这说明不同的运动形式在相互转化中有数量上的确定关系。

科学家们一直在关注自然现象之间的普遍联系

……

1801年 戴维发现电流的化学效应（电和化学的联系）

1820年 奥斯特发现电流的磁效应（电和磁的联系）

1821年 塞贝克发现温差电现象（热和电的联系）

1831年 法拉第发现电磁感应现象（电和磁的联系）

1840年 焦耳发现电流的热效应（电和热的联系）

1第四节机械能守恒定律

学习目标知识脉络

1.能够分析动能和势能之间的相互转化

问题．

2．能够推导机械能守恒定律．

3．会根据机械能守恒的条件判断机械能

是否守恒．(重点)4．能运用机械能守恒定律解决有关问题，并领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性．(重点、难点)

动能、势能的相互转化

[先填空]

1．动能与重力势能间的转化

只有重力做功时，若重力做正功，则重力势能转化为动能，若重力做负功，则动能转化

为重力势能，转化过程中，动能与重力势能之和保持不变．

2．动能与弹性势能间的转化

被压缩的弹簧把物体弹出去，射箭时绷紧的弦把箭弹出去，这些过程都是弹力做正功，

弹性势能转化为动能．

3．机械能

动能、势能(包括重力势能和弹性势能)统称为机械能，在重力或弹力做功时，不同形式

的机械能可以发生相互转化．

[再判断]

1．物体自由下落时，重力做正功，物体的动能和重力势能都增加．(×)

2．射箭时将弹性势能转化为动能．(√)

3．通过重力或弹力做功，机械能可以转化为非机械能．(×)

[后思考]

2图4­4­1

毛泽东的诗词中曾写到“一代天骄，成吉思汗，只识弯弓射大雕”．试分析成吉思汗在

弯弓射雕过程中，涉及机械能中哪些能量之间的转化？

【提示】箭被射出过程中，弹性势能转化为箭的动能；箭上升过程中，动能向重力势能转化；下落过程中，重力势能又向动能转化．

[合作探讨]

如图4­4­2所示，过山车由高处在关闭发动机的情况下飞奔而下．(忽略轨道的阻力和其他阻力)

图4­4­2

探讨1：过山车受哪些力作用？各做什么功？

【提示】忽略阻力，过山车受重力和轨道支持力作用．重力做正功，支持力不做功．

探讨2：过山车下滑时，动能和势能怎么变化？两种能的和不变吗？

【提示】过山车下滑时，动能增加，重力势能减少．忽略阻力时，两种能的和保持不

变．

[核心点击]

1．重力势能、弹性势能、动能统称为机械能．通过重力或弹力做功，机械能可以从一

种形式转化为另一种形式．

2．重力做功只能引起重力势能和动能之间的转化，例如重力做负功，重力势能增加，

能量守恒定律与能源

【教学目标】

1．理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。

2．通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义。

3．用能量的观点分析问题应该深入学生的心中，因为这是最本质的分析方法。

4．感知我们周围能源的耗散，树立节能意识。

5．学生在学习了机械能守恒定律之后拓展到能量守恒是不难接受的，特别是学生通过对自然界的认识、生物课的学习、化学课的学习，都学到了很多种类的能量，在这节课中把这些能量间的关系综合起来是有很大意义的。

【教学重点】

1．能量守恒定律的内容。

2．应用能量守恒定律解决问题。

【教学难点】

1．理解能量守恒定律的确切含义。

2．能量转化的方向性。

【教学思路】

通过阅读让学生体会自然界中能量的确良转化与守恒关系，鼓励学生得出问题，理解能量品质、能量耗散等概念。新课程更多地与社会实际相联系，鼓励学生提出问题。本节“思考与讨论”对能源问题做了讨论，这是一个质疑的范例。它引导我们考虑能量转化和转移的方向性。从物理学的角度研究宏观过程的方向性，在现阶段只需用一些简单的实例，让学生初步地体会一下就可以了。例如：摩擦力做功的过程，要损耗机械能而生热，产生的热不可能全部转化为机械功。在其他的宏观过程中也是如此，例如：两种气体放到一个容器内，总会均匀地混合到一起，但不会再自发地分离开来。通过实例说明。在能量的转化和转移过程中，能量是守恒的，但能量的品质却降低了，可被人直接利用的能在逐渐减少，这是能量耗散现象。所以，能量虽然守恒，但我们还要节约能源。

【教学方法】

教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。

【教学准备】

玻璃容器、沙子、小铁球、水、小木块。 【教学过程】

教学

环节 教学内容 师生互动 设计意图 备注

引入

请举几个能量转化的例子。 师：我们已学习了多种形式的能，请同学们说出你所知道的能量形式。我们还知道不同量之间是可以相互转化的，请举几个能量转化的例子。

- 1 - 实验：验证机械能守恒定律

一、实验目的

1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。

2．掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。

二、实验原理

让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒：

方案一：以物体自由下落的位置O为起始点，测出物体下落高度h时的速度大小v，若12 mv2＝mgh成立，则可验证物体的机械能守恒。

方案二：测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，v1、v2的计算方法与方案一的相同。若关系式12 mv22 －12 mv21 ＝mgh成立，则物体的机械能守恒。

三、实验器材

铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源

实验过程

一、实验步骤

1．安装置：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。

2．打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3～5次实验。

3．选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2 mm的纸带，把纸带上打出的两点间 - 2 - 的距离为2 mm的第一个点作为起始点，记作O，在距离O点较远处再依次选出计数点1、2、3…

4．测距离：用刻度尺测出O点到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3…

二、数据处理

1．计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点1、2、3…并测量出各计数点到O 点的距离h1、h2、h3…再根据公式vn＝hn＋1－hn－12T ，计算出1、2、3、4、…n 点的瞬时速度v1、v2、v3、v4…vn。

2．机械能守恒验证：

方法一：利用起始点和第n点。

从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为12 mv2n ，计算ghn和12 v2n ，如果在实验误差允许的范围内ghn＝12 v2n ，则机械能守恒定律得到验证。