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視頻標簽：機械能守恒定律
所屬欄目：高中物理優質課視頻
視頻課題：學科青年首席教師區級示范課高中物理吳娜團隊人教版必修《2-8機械能守恒定律》天津
教學設計、課堂實錄及教案：學科青年首席教師區級示范課高中物理吳娜團隊高中物理人教版必修2-8機械能守恒定律-天津
《機械能守恒定律》教學設計
【教材分析】
機械能守恒定律一節的內容與本章的各節內容有緊密的邏輯關系，是全章知識鏈中重要的一環．機械能守恒定律的探究既建立在前面所學知識的基礎上，又是普遍的能量守恒定律的一種特殊情況，教材開始通過“演示”小實驗，聯系第一節中追尋守恒量．通過多個具體實例，先猜測動能和勢能的相互轉化的關系，引出對機械能守恒定律及守恒條件的探究，聯系重力勢能和重力做功及彈性勢能與彈力做功的關系的學習，由定性分析到定量計算，逐步深入，最后得出結論，并通過應用使學生領會機械能守恒定律在解決實際問題時的優越性。在教學設計時，要根據教材內在的邏輯關系和學生認知的發展規律來設計教學活動的基本流程，力求達到最優化的組合。
本設計力圖通過生活實例和物理實驗,展示相關情景，激發學生的求知欲，引出對機械能守恒定律的探究,體現從“生活走向物理”的理念,通過建立物理模型,由淺入深進行探究,讓學生領會科學的研究方法,并通過規律應用鞏固知識,體會物理規律對生活實踐的作用。
【教學目的】
㈠知識與技能
1、知道什么是機械能，理解物體的動能和勢能可以相互轉化；
2、理解機械能守恒定律的內容和適用條件；
3、會判定具體問題中機械能是否守恒，能運用機械能守恒定律分析實際問題。 ㈡過程與方法
1、學習從物理現象分析、推導機械能守恒定律及適用條件的研究方法；
2、初步掌握運用能量轉化和守恒來解釋物理現象及分析問題的方法。
㈢情感、態度與價值觀
體會科學探究中的守恒思想，養成探究自然規律的科學態度，領悟機械能守恒規律解決問題的優點，形成科學的價值觀。
【教學重點】
1、機械能守恒定律的推導與建立，以及機械能守恒定律含義的理解；
2、機械能守恒定律的條件和機械能守恒定律的實際應用。 【教學難點】
1、機械能守恒的條件及對機械能守恒定律的理解。
2、正確分析物體系統內所具有的機械能，判斷研究對象在所經歷的過程中機械能是否守恒。 【教學器材】
鋼球、細線、磁鐵、鋼尺。
【教學過程】
(一)引入新課(5分鐘)
結合復習引入新課。
1、提出課題—機械能守恒定律。（板書）
2、知識鞏固：力做功的過程也是能量從一種形式轉化為另一種形式的過程，物體的動能和勢能總和- 2 -
稱為機械能，
3、做一做：單擺
例舉：通過重力或彈力做功，動能與勢能相互轉化。（展示圖片和視頻）
„„
分析上述各個過程中能量轉換及重力、彈力做功的情況。（學生回答后教師點評補充）
(二)教學過程設計（30分鐘）
1、探尋守恒量：
[問題]伽利略的理想實驗的內容？（從力的角度）
內容：如圖所示，讓小球從斜面１由靜止開始滾下，小球將滾上斜面２，如果沒有摩擦，小球將滾到與斜面１等高的地方。
解釋：當小球在斜面1上向下滾時，重力沿斜面向下的分力使小球做加速運動，小球的速度越來越大；當小球滾上斜面2時，重力沿斜面向下的分力使小球做減速運動，小球的速度越來越小。但從動力學的角度不能解釋小球為什么會到達與斜面1上等高的地方，不會高也不會低。事實上，這一特點說明小球在運動的過程中，有一個量是不變的，即守恒的。這個量就是能量。
分析：物體運動過程中，隨動能增大，物體的勢能減小；反之，隨動能減小，物體的勢能增大，機械能不變。
2、探究規律，并找出機械能不變的條件
提出研究方法：在探究物理規律時，應該是由簡單到復雜，逐步深入，先對簡單的物理現象進行探究，然后加以推廣深化。在動能與勢能轉化的情景中，自由落體（只受重力）應該是比較簡單的。
⑴只受重力作用分析
引導學生自主探究，如圖所示，小球下落過程中經過高度h1的A點速度v1，經高度h2的B點時速度為v2，由同學用學習過的知識（牛頓定律或動能定理），分析下落過程中A、B兩位置的機械能之間的數量關系。
A點到B點，21222
121mvmvWG
由重力做功和重力勢能變化的關系，得：
站臺的設計： 動能 重力勢能 動能
撐桿跳高
動能
彈性勢能、重力勢能
動能
三峽水電站： 重力勢能
動能
- 3 -
2121PPGEEmghmghW
由上二式，得：
2
112PPkkEEEE
①
移項后，得：
2211kPkPEEEE ②
即 21EE
引導學生討論表達式①的含義是什么？表達式②的含義又是什么？
在表達式①中左邊是物體動能的增加量，右邊是物體重力勢能減少量，該表達式說明：物體在下落過程中，重力做了多少正功，物體的重力勢能就減小多少，同時物體的動能就增加多少。
在表達式②中，左邊是物體在末位置時的機械能，右邊是物體在初位置時的機械能，該式表示：動能和勢能之和即總的機械能保持不變。 ⑵只有重力做功分析
上述結論是在運動過程只受重力作用時候得到的，如果物體是沿光滑斜面下滑，上述結論成立嗎？（由同學推導，分析）
沿光滑斜面下滑過程中，斜面的彈力不做功，由動能定理分析，通過重力做功，使重力勢能轉化為動能，總的機械能保持不變。
如果物體沿光滑曲面滑下，怎么分析？
由學生通過重力勢能的分析中將曲面看成無數個小斜面的處理方法，得出結論。
小結：在只有重力做功的情形下，不論物體做直線運動還是曲線運動，總的機械能保持不變。進一步分析課本上的“例題”，擺球擺動過程受重力與細線拉力，兩拉力方向始終與運動方向垂直，不做功，則上式推導過程及結論都相同。
⑶分析守恒條件
分析討論：泡沫球實驗和黑板傾斜后球不能擺到等高處的原因。
泡沫球受到的阻力不能忽略，前面的推導過程中FGWWW，2211KPKPEEEE， 從能量轉化角度看，有機械能轉化為熱能，所以機械能將不斷減少。通過實驗和理論推導的證明：只有重力做功時，物體系統內的機械能守恒。（此處應說明：重力勢能是物體和地球組成的系統具有的）
如圖所示,在豎直向下方向運動的小球,受重力和外力作用下, 小球下落過程中經過高度h1的A點速度v1，經高度h2的B點時速度為v2，由同學用學習過的知識（牛頓定律或動能定理），
A點到B點，對物體根據動能定理,得:
21222
121mvmvWWFG
由重力做功和重力勢能變化的關系，得：
2121PPGEEmghmghW
由上二式,得
)()(1122KPKPGEEEEW
除重力和彈力做功的物體系統內,做功是物體機械能的變化.
⑷只有彈力做功分析
提出問題：勢能包括重力勢能和彈性勢能，只有彈力做功時，機械能與守恒嗎？ 實驗4：氣墊導軌上的水平彈簧振子，觀察振動過程。
- 4 -
由同學討論振動過程的能量轉化和實驗結論，結合前 面已經探究過的彈力做功與彈性勢能的關系，類比重力做 功，進行分析。
12KKFEEW
又 1221KKPPFEEEEW 則 2211KPKPEEEE
結論：只有彈力做功時，系統機械能守恒.
⑸只有重力和彈力做功的物體系統內分析
實驗5：豎直彈簧振子的振動，觀察現象，作出分析。共同分析，得出結論（板書）：
⑹分析守恒條件，歸納結論
在只有重力和彈力做功的物體系統內，動能和勢能可以互相轉化，而總的機械能保持不變
⑺引導學生分析結論，加深理解
“在只有重力或彈力做功的物體系統內”是機械能守恒的條件 “而總的機械能保持不變”是結論
“動能和勢能可以互相轉化”是系統內重力或彈力做功的結果。從能量轉化角度看，機械能守恒定律是普遍的能量守恒定律的一種特殊情況。
條件：只有重力或彈力做功的物體系統內。
公式：K2P2K1P1EEEE（21EE）（板書）
（三）、鞏固應用(8分鐘)
指導學生對規律探究過程進行歸納小結，然后針對性地加以鞏固應用。
例1：分析下列情況下機械能是否守恒？
A．跳傘運動員從空中勻速下落過程
B．物體以8m/s2
在空中下落過程 C．物體作平拋運動過程
D．物體在細線拉力作用下沿光滑斜面上滑過程
例2：下列情況中，物體的機械能有可能不變的是
A．物體所受合外力為零，重力對物體做正功 B．物體所受合外力為零，重力對物體做負功
C．物體以5m/s2
的加速度做直線運動
D．物體以不變的速率在豎直平面內做曲線運動
通過以上兩例具體問題，鞏固對機械能守恒條件的理解和掌握。例1中D選項用意是讓
學生清楚應該是系統內彈力做功機械能才守恒。例2各選項的目的是讓學生能聯系各種實際的運動情景進行分析。
例3：把一個小球用細繩懸掛起來，就成為一個擺（如圖），擺長為l ,最大偏角為θ。小球運動到最低位置時的速度是多大？
分析：這個問題直接用牛頓第二定律和運動學的公式來處理，需要用高等數學。通過前面的分析，我們知道小球在擺動過程中機械能守恒，可以用機械能守恒定律求解。 解：（略）
（對學生的回答進行評價、修正，讓學生認識到，物體重力勢能大小與所選取的參考
N
A B C G
F A
l C
O
- 5 -
平面（零勢面）有關；而重力勢能的變化量是與所選取的參考平面無關的。在討論物體系統的機械能時，應先確定參考平面。） 在應用的基礎上，歸納使用機械能守恒定律解題的一般步驟： １、受力分析；
２、判斷是否符合機械能守恒定律的條件——只有重力或彈力做功物體系統內； 3、列出初、末兩個狀態的機械能（E1、E2）； 4、根據機械能守恒定律列出等式求解； 5、討論最后結果的物理意義。
(四)課堂小結（2分鐘）
（五）教學設計說明
（1）本節課按照“情景——探究一一應用”的模式展開，具體做法是：引導和提出要探究的問題后，先
讓學生做出猜測，之后通過演示實驗進行檢驗，在實驗數據分析的基礎上，再讓學生進一步做出推測，最后對所涉及的實例進行綜合分析得出機械能守恒定律。 （2）本節課充分尊重學生學習概念的過程，即以歸納、概括為主的思維過程。它不是機械地重復歷史
中的“原始創造”，而是根據學生自己的體驗，用他們自己的思維方式，重新建構有關物理知識，即學生的“再創造”過程。 （3）本節課充分重視實驗的作用，以加強學生的體驗，從而幫助學生自主建構知識。 （4）本節課充分理順知識邏輯關系，為學生的學習鋪設臺階。
（5）本節課注重體現三維教學目標．除上述提到的知識、過程外，本節課還努力潛移默化地滲透情感
態度與價值觀的教育。
機
械能守恒定律
內容：在只有重力和彈簧彈力對物體做功的情況下，物體的動能和勢能可以相互轉化，物體機械能總量保持不變。
表達式：E2=E1或△Ek=-△Ep。
使用條件（判斷方法）：①只受重力或彈力；
②除重力或彈力外，其它力不做功； ③除重力或彈力外，其它力做功的代數和
為零。
研究對象：物體與地球組成的系統（或物體與彈簧組成的系統）
- 6 -
（六）板書設計
一、機械能：物體的動能和勢能之和稱為物體的機械能。
PKEEE
二、物體的動能和勢能可以相互轉化。 三、機械能守恒定律
1.內容： 在只有重力或彈力做功的物體系統內，動能和彈性勢能 可以相互轉化，而總的機械能保持
不變。 2.表達式：21EE
或K2P2K1P1EEEE
或PKE-E（動能的增加等于勢能的減少）
3、守恒條件：a、只有重力或系統內彈簧彈力做功，其它力不做功（或其它力合力所做功為零） b、只發生動能和勢能間的相互轉化。
視頻來源：優質課網 www.jixiangsibao.com
