第4章 5.机械能守恒定律

篇一：机械能守恒定律教学设计《机械能守恒定律》教学设计【课题】机械能守恒定律【课型】新授课【课标解读】普通高中物理课程标准要求:通过实验,验证机械能守恒定律．理解机械能守恒定律．用机械能守恒定律分析有关问题．关键词是:实验、理解、分析问题．关于验证机械能守恒定律的验证过程可以放在下一课时进行．所以本节课在引入、实验探究、理论探究和实际应用等各环节都要充分利用生产和生活中的问题．为了让学生理解机械能守恒定律，要充分发挥学生的自主能动性，让学生自主推导定律，并总结出机械能守恒定律的条件，然后进行巩固练习．【高考考试说明】ⅱ级要求【学情分析】通过初中的学习学生已经知道什么叫机械能，机械能的构成因素．通过前几节内容的学习，学生在此前已经历了探究守恒量，重力势能的概念和弹性势能的表达式的学习，学生知道了重力做功会引起重力势能的变化，弹簧的弹力做功将使弹性势能发生变化，合外力的功将引起物体动能的变化．学生对于初中阶段学过的一些定性的东西逐渐找到了定量方面的联系，对功能关系的认识加深了，也萌发了继续探究的兴趣．那么，在动能、重力势能和弹性势能都参与转化的过程中，情况又将如何呢？这是学生急待解决的问题，机械能守恒定律的建立也倒了水到渠成的时候了．【教材分析】《机械能守恒定律》是人教版高中物理（必修二）第七章《机械守恒定律能》第八节的内容．本章逻辑结构是：“追寻守恒量”从上位概念是为引入能量概念为目的，从下位概念是揭示机械能守恒，基于学生认知发展顺序，教材采取了不完全归纳的思维体系，第四节到第七节“重力势能”“探究弹性势能的表达式”“实验：探究功与速度的变化关系”“动能和动能定理”是关于功和能关系的具体讨论．重力势能的概念和弹性势能的表达式的学习，学生知道了重力做功会引起重力势能的变化，弹簧的弹力做功将使弹性势能发生变化，合外力的功将引起物体动能的变化．该课节是对前面几节的综合．机械能守恒定律一节的内容与本章其他各节的内容有紧密的逻辑关系，是全章知识链中重要的一环，机械能守恒定律的探究建立在前面所学知识的基础上，而机械能守恒定律又是普遍的能量守恒定律的一种特殊情况，守恒定律在物理学理论和实际应用中都十分重要．教学过程回顾已学知识，通过几个具体事例，先明确动能和势能的相互转化关系，引出对机械能守恒定律及守恒条件的理论探究，联系重力势能变化跟重力做功以及弹性势能变化跟弹力做功的关系的知识，由定性分析到定量计算，逐步深入，最后得出结论，并通过应用使学生领会定律在解决实际问题时的优越性．本节教学内容的重点是通过机械能守恒定律的推导知道机械能守恒定律的内涵，理解机械能守恒定律的条件，学会应用机械能守恒定律解决实际问题；而正确分析物体系统所具有的机械能，判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒，以及定律的应用是学生学习中的难点．在教学设计时，力图通过生活和生产中的实例，展示相关情景，既激发学生的求知欲，又使学生体会到“物理就在我身边，身边处处有物理’，体现“从生活中学习物理，物理应用于生活”的理念．通过建立物理模型，由浅入深进行探究，让学生领会科学的研究方法，并通过规律的应用巩固知识，初步运用机械能守恒定律解释物理现象，体会自然界中的守恒规律和科学中的守恒思想，体会物理规律对生产和生活实践的作用，领悟运用机械能守恒定律解决问题的优越性，形成科学价值观．【不同版本比较】沪科版：必修二第四章《能量守恒与可持续发展》中的第二节《研究机械能守恒定律》，教材先介绍了机械能的概念，通过重锤下落分析论证机械能守恒定律，然后通过两个方案进行实验验证，然后应用机械能守恒定律分析生活中的一些问题．司南版：必修二第二章《能的转化与守恒》中的第三节《能量守恒定律》，教材先运用实验进行动能和重力势能的转化和守恒关系的探究，再通过自由落体运动进行理论推导，然后进行应用．人教版：人教版必修二第七章《机械能守恒定律》第八节《机械能守恒定律》，教材先通过生活实例分析了动能和势能的相互转化，再利用小球沿光滑曲面滑下的过程进行理论推导，然后解决一些实际问题．下一节再通过实验验证机械能守恒定律．与旧教材相比，过去是计算物体自由下落时的能量，从而得知机械能守恒，进而推广到普遍的机械能守恒定律．新教材重视理论联系实际，增加了许多生活中的实例，先定性地分析若干具体事例，猜测动能与势能在变化过程中的定量关系，然后定量计算物体只在重力作用下动能和势能各自的变化情况以及总机械能的不变性，最后得出机械能守恒的定量关系．综上所述，我认为人教版的安排更合理，因为在有理论推导的情况下，无论是探究性实验还是验证性实验，都很难在一个课时完成目标．另外在三个版本的教材中，都对机械能守恒定律的适用条件一带而过，而这恰是本节的难点，所以本节课在理论推导的过程中从不同情景来得到规律，进而得到适用条件，这对于学生全面理解和应用机械能定都是有利的．【教学目标】1．通过对生活中一些常见现象的观察与分析进一步明确机械能的各种形式，能够利用动能和势能之间的相互转化来分析一些现象产生的原因．2．能够利用动能定理和重力做功与重力势能变化间的关系，通过自主与合作相结合的方式推导出机械能守恒定律的表达式，总结出机械能守恒的条件，并能利用精确的语言表述出机械能守恒定律的内容.3．能够运用机械能守恒定律分析生活中一些常见的物理现象，并能将其转化为简单的物理模型，领悟运用机械能守恒定律解决问题的优越性．4．通过理论推导和对生活中一些物理现象的分析,进一步体会功是能量转化的量度，能够从机械能有没有和其它形式的能发生相互转化的角度进一步理解机械能守恒．【教学重点、难点】1．通过物理现象的分析和机械能守恒定律的推导过程，能理解机械能守恒定律的内容和守恒的条件．2．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分析一些简单的实际问题．【评价目标】1．通过课堂引入的视频、演示实验等完成教学目标1；2．通过实验推导和理论推导的过程完成教学目标2；3．通过实际应用、目标3评价和课后作业等完成教学目标3；4．通过单摆的演示实验，理论推导的过程，实际应用、课堂引入、目标4评价等完成教学目标4．【教学方法】自主思考、合作探究、即时评价．【教学过程】【创设情境，导入新课】【目标1】通过对生活中一些常见现象的观察与分析进一步明确机械能的各种形式，能够利用动能和势能之间的相互转化来分析一些现象产生的原因．播放世界上最美的瀑布、全球最陡的过山车运动、何雯娜2008年奥运会蹦床决赛等视频,把学生引入相关情景并激发学生的兴趣．上述视频中，能量分别是怎样转化的？【温故知新】1．动能定理的内容和表达式是什么？2．重力所做的功与物体重力势能有什么关系？3．弹簧的弹力做的功与弹簧弹性势能有什么关系？4．在能量转化的过程中，功扮演着怎样的角色？动能、重力势能、弹性势能之间可以相互转化，具有密切的联系，我们把它统称为机械能．动能和势能的转化是否存在某种定量关系？请看下面的实验．【实验探究】如图所示的装置，悬挂摆球的铁架台上固定一只水平放置的横杆，实验时:调整横杆的高度使小球从不同位置摆动，观察小球摆动的情况．用一把直尺在p点挡住悬线，看看这种情况下小球所能达到的最大高度．分析：（1）分析小球在摆动过程中受力情况，各力做功情况．（2）在小球的摆动过程中能量如何转化？教师总结：实验中小球在摆动过程中通过重力做功，势能与动能互相转换．小球下降时：重力做正功，重力势能减少，动能增加；小球上升时：重力做负功，重力势能增加，动能减少．【设问】小球摆动过程中总能回到原来高度，好像“记得”自己原来的高度，说明什么?说明在摆动过程中有一个物理量是保持不变的，是什么呢？重力势能与动能的总和保持不变，也就是机械能保持不变．要想实现这一不变，前提条件是什么？下面我们从理论上研究一下，生活中很多的物理情景在忽略一些次要因素的时候，都可以简化为我们熟悉的物理模型．比如下落的物体在忽略空气阻力时可以简化成自由落体运动，高空滑雪运动员在飞翔时可以简化成平抛运动，滑雪运动员在倾斜的赛道上比赛时可以简化成沿光滑斜面的运动，极限运动员在u型赛道上比赛时可以简化成沿光滑曲面下滑的运动，还有在弹簧的作用下小球的运动也可以简化成如下运动．下面请大家根据学案中提供的物理情景以及简化的模型，完成学案表格中的问题．【理论探究】【目标2】能够利用动能定理和重力做功与重力势能变化间的关系，通过自主与合作相结合的方式推导出机械能守恒定律的表达式，总结出机械能守恒的条件，并能利用精确的语言表述出机械能守恒定律的内容.1．创设情景，任意选两个位置，让学生分析受力和运动情况，机械能及相互转化情况,然后完成学案中的表格，请把过程写在表格中．（全班分成5个大组，每个小组完成一个情景）情景1.一个自由下落的物体，由a位置运动到b位置,可以得到以下能量关系:情景2. 滑雪运动员腾空飞跃建立模型：一个做平抛运动的物体，由a位置运动到b位置,可以得到以下能量关系:情景3. 滑雪运动员在倾斜赛道上的运动建立模型：一个沿光滑斜面下滑的物体，由a位置运动到b位置,可以得到以下能量关系:情景4. u型篇二：机械能守恒定律教学设计教学设计学校名称：《机械能守恒定律》教学设计1235篇三：机械能守恒定律教学设计《机械能守恒定律》教学设计一、教学三维目标：【知识与技能】1、知道机械能的概念，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守恒条件；1、通过实例分析，让学生体会能量的相互转化；2、通过定量计算，让学生感受机械能守恒是有条件的；3、通过机械能守恒条件的初步探究，让学生理解，做功和作用的区别；二、教学重点与难点：【教学重点】机械能守恒条件的教学【教学难点】机械能守恒定律的理论推导三、教学过程：（一）新课引入：实验1：（激疑）钢球用细绳悬起，请一同学靠近，将钢球拉至同学鼻子处释放，摆回时，观察该同学的反应，重锤为什么撞不到同学的鼻子？【提出课题】：机械能守恒定律本环节教学设计说明：（二）新课教学1、动能与势能之间可以相互转化引导学生分析通过重力或弹力做功可以实现动能和势能的相互转化。

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12mv2＝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12mv22－12mv21＝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h 1、h 2、h 3… 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h 1、h 2、h 3…再根据公式v n ＝h n ＋1－h n －12T ，计算出1、2、3、4、…n 点的瞬时速度v 1、v 2、v 3、v 4…v n 。

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mgh n ，动能增加量为12 mv 2n ，计算gh n 和12 v 2n ，如果在实验误差允许的范围内gh n ＝12 v 2n ，则机械能守恒定律得到验证。

解：利用功能原理：
A=DE
q
kF
m
Fl0tgq
=
1 2
k (l0 setq
- l0 )2

1 2
mv2
F
m
解得：
v=
2 m
Fl0tgq
-
1 m
k (l0 setq
-
l0
)2
[例13] 作业、p-55 功和能 自-20
一质量为m的球，从质量为M的圆弧
形槽中由A位置静止滑下，设圆弧形槽的半
径为R，(如图)。所有摩擦都略，试求：
+12 MV2
l
L
解得：
vr=
2(m +M) gR M
V= m
2gR M(m +M)
(2)小球到最低点B处时，槽滑行的距离。
∵ SFx = 0 ∴ DPx = 0
mvx = MVx
Am
m vxdt = M Vxdt
R
ml=ML
MB
l+L=R
L
=
mR m+M
lL
(3)小球在最低点B处时，槽对球的作用力；
1、动量： P
P = mv 2、第二定律：
F
=
dP dt
= ma
3、冲量： I
I
=
F t 2
t1
dt
4、动量原理
I = DP
5、力矩 M M = r × F
6、动量矩 L
L = r × P = r × mv
7、角动量原理:
t 2 t1
M dt
=
ω ω
2 1
J
dω
= Jω 2

EkB
EPB
1 2
mv22
mgh2
结论
h1
B
v2
h2
地面为参考面
由根据动能定理得
WG
1 2
mv22
1 2
mv12
由重力做功与重 力势能的关系得
WG mgh1 mgh2
由以上两式得
1 2
mv22
1 2
mv12
mgh1
mgh2
移项得
Ek 2 Ep2 Ek1 Ep1
1 2
mv22
mgh2
1 2
分析：以小球（含地球）为研究对象，小球在轨道上作变速圆 周运动，受到重力和支持力作用，支持力是一个大小、方向均 改变的力，但因其方向始终垂直于小球的运动方向，所以对小 球不做功（这是难点），全程只有重力作功，所以该题可用机 械能守恒定律求解。
解：选取B点所在水平面为零势能面，依据机械能守 恒定律可知：
（D ） A.重力势能和动能之和保持不变 B.重力势能和弹性势能之和保持不变 C.动能和弹性势能之和保持不变 D.重力势能、弹性势能和动能之和保持不变
拓展
1.下列关于机械能是否守恒的叙述正确的是 双选题
A、做匀速直线运动的物体机械能一定守恒。
BD
B、做匀变速直线运动的物体的机械能可能守恒。
C、合外力对物体做功为零时机机械能守恒。
机械能守恒定律
1.动能、动能定理
2.重力势能、重力做功与重力势能变化量之间的关系
3.弹性势能、弹力做功与弹性势能变化量之间的关系
4.功能关系
①E k
1 mv2 2
W Ek2 Ek1
②Ep mgh
WG EP2 EP1
③E
' p