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視頻標(biāo)簽：機(jī)械能守恒定律

所屬欄目：高中物理優(yōu)質(zhì)課視頻

視頻課題：高中物理人教課標(biāo)版必修2第七章8.機(jī)械能守恒定律-天津

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高中物理人教課標(biāo)版必修2第七章8.機(jī)械能守恒定律-天津市第二南開(kāi)學(xué)校

《機(jī)械能守恒定律》教學(xué)設(shè)計(jì) 
 
【教材分析】 
機(jī)械能守恒定律一節(jié)的內(nèi)容與本章的各節(jié)內(nèi)容有緊密的邏輯關(guān)系，是全章知識(shí)鏈中重要的一環(huán)．機(jī)械能守恒定律的探究既建立在前面所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，又是普遍的能量守恒定律的一種特殊情況，教材開(kāi)始通過(guò)“演示”小實(shí)驗(yàn)，聯(lián)系第一節(jié)中追尋守恒量．通過(guò)多個(gè)具體實(shí)例，先猜測(cè)動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，引出對(duì)機(jī)械能守恒定律及守恒條件的探究，聯(lián)系重力勢(shì)能和重力做功及彈性勢(shì)能與彈力做功的關(guān)系的學(xué)習(xí)，由定性分析到定量計(jì)算，逐步深入，最后得出結(jié)論，并通過(guò)應(yīng)用使學(xué)生領(lǐng)會(huì)機(jī)械能守恒定律在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)的優(yōu)越性。在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)教材內(nèi)在的邏輯關(guān)系和學(xué)生認(rèn)知的發(fā)展規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)的基本流程，力求達(dá)到最優(yōu)化的組合。 
本設(shè)計(jì)力圖通過(guò)生活實(shí)例和物理實(shí)驗(yàn),展示相關(guān)情景，激發(fā)學(xué)生的求知欲，引出對(duì)機(jī)械能守恒定律的探究,體現(xiàn)從“生活走向物理”的理念,通過(guò)建立物理模型,由淺入深進(jìn)行探究,讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)科學(xué)的研究方法,并通過(guò)規(guī)律應(yīng)用鞏固知識(shí),體會(huì)物理規(guī)律對(duì)生活實(shí)踐的作用。 
 
【教學(xué)目的】 
㈠知識(shí)與技能 
1、知道什么是機(jī)械能，理解物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化； 
2、理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容和適用條件； 
3、會(huì)判定具體問(wèn)題中機(jī)械能是否守恒，能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律分析實(shí)際問(wèn)題。 ㈡過(guò)程與方法 
1、學(xué)習(xí)從物理現(xiàn)象分析、推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律及適用條件的研究方法； 
2、初步掌握運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化和守恒來(lái)解釋物理現(xiàn)象及分析問(wèn)題的方法。 
㈢情感、態(tài)度與價(jià)值觀 
體會(huì)科學(xué)探究中的守恒思想，養(yǎng)成探究自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度，領(lǐng)悟機(jī)械能守恒規(guī)律解決問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn)，形成科學(xué)的價(jià)值觀。  
【教學(xué)重點(diǎn)】 
1、機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)與建立，以及機(jī)械能守恒定律含義的理解； 
2、機(jī)械能守恒定律的條件和機(jī)械能守恒定律的實(shí)際應(yīng)用。 【教學(xué)難點(diǎn)】 
1、機(jī)械能守恒的條件及對(duì)機(jī)械能守恒定律的理解。 
2、正確分析物體系統(tǒng)內(nèi)所具有的機(jī)械能，判斷研究對(duì)象在所經(jīng)歷的過(guò)程中機(jī)械能是否守恒。 【教學(xué)器材】 
鋼球、細(xì)線、磁鐵、鋼尺。  
【教學(xué)過(guò)程】 
(一)引入新課(5分鐘) 
結(jié)合復(fù)習(xí)引入新課。 
1、提出課題—機(jī)械能守恒定律。（板書(shū)） 
2、知識(shí)鞏固：力做功的過(guò)程也是能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式的過(guò)程，物體的動(dòng)能和勢(shì)能總和
 
                    
             
                    
                             
- 2 - 
稱(chēng)為機(jī)械能， 
3、做一做：?jiǎn)螖[ 
例舉：通過(guò)重力或彈力做功，動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化。（展示圖片和視頻）    
 
 
  
   „„           
 
分析上述各個(gè)過(guò)程中能量轉(zhuǎn)換及重力、彈力做功的情況。（學(xué)生回答后教師點(diǎn)評(píng)補(bǔ)充） 
(二)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)（30分鐘） 
1、探尋守恒量： 
[問(wèn)題]伽利略的理想實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容？（從力的角度） 
  內(nèi)容：如圖所示，讓小球從斜面１由靜止開(kāi)始滾下，小球?qū)�滾上斜面２，如果沒(méi)有摩擦，小球?qū)�滾到與斜面１等高的地方。 
 
解釋?zhuān)寒?dāng)小球在斜面1上向下滾時(shí)，重力沿斜面向下的分力使小球做加速運(yùn)動(dòng)，小球的速度越來(lái)越大；當(dāng)小球滾上斜面2時(shí)，重力沿斜面向下的分力使小球做減速運(yùn)動(dòng)，小球的速度越來(lái)越小。但從動(dòng)力學(xué)的角度不能解釋小球?yàn)槭裁磿?huì)到達(dá)與斜面1上等高的地方，不會(huì)高也不會(huì)低。事實(shí)上，這一特點(diǎn)說(shuō)明小球在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，有一個(gè)量是不變的，即守恒的。這個(gè)量就是能量。 
分析：物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，隨動(dòng)能增大，物體的勢(shì)能減小；反之，隨動(dòng)能減小，物體的勢(shì)能增大，機(jī)械能不變。 
2、探究規(guī)律，并找出機(jī)械能不變的條件 
提出研究方法：在探究物理規(guī)律時(shí)，應(yīng)該是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，逐步深入，先對(duì)簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象進(jìn)行探究，然后加以推廣深化。在動(dòng)能與勢(shì)能轉(zhuǎn)化的情景中，自由落體（只受重力）應(yīng)該是比較簡(jiǎn)單的。 
⑴只受重力作用分析 
引導(dǎo)學(xué)生自主探究，如圖所示，小球下落過(guò)程中經(jīng)過(guò)高度h1的A點(diǎn)速度v1，經(jīng)高度h2的B點(diǎn)時(shí)速度為v2，由同學(xué)用學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)（牛頓定律或動(dòng)能定理），分析下落過(guò)程中A、B兩位置的機(jī)械能之間的數(shù)量關(guān)系。 
A點(diǎn)到B點(diǎn)，21222
121mvmvWG
 由重力做功和重力勢(shì)能變化的關(guān)系，得： 
站臺(tái)的設(shè)計(jì)： 動(dòng)能 重力勢(shì)能 動(dòng)能 
撐桿跳高  
動(dòng)能 
彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能  
動(dòng)能 
三峽水電站：  重力勢(shì)能 
動(dòng)能 
                    
             
                    
                             
- 3 - 
2121PPGEEmghmghW 
由上二式，得： 
2
112PPkkEEEE   
  ① 
移項(xiàng)后，得： 
2211kPkPEEEE                    ② 
即   21EE 
引導(dǎo)學(xué)生討論表達(dá)式①的含義是什么？表達(dá)式②的含義又是什么？ 
在表達(dá)式①中左邊是物體動(dòng)能的增加量，右邊是物體重力勢(shì)能減少量，該表達(dá)式說(shuō)明：物體在下落過(guò)程中，重力做了多少正功，物體的重力勢(shì)能就減小多少，同時(shí)物體的動(dòng)能就增加多少。  
在表達(dá)式②中，左邊是物體在末位置時(shí)的機(jī)械能，右邊是物體在初位置時(shí)的機(jī)械能，該式表示：動(dòng)能和勢(shì)能之和即總的機(jī)械能保持不變。 ⑵只有重力做功分析 
上述結(jié)論是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程只受重力作用時(shí)候得到的，如果物體是沿光滑斜面下滑，上述結(jié)論成立嗎？（由同學(xué)推導(dǎo)，分析） 
沿光滑斜面下滑過(guò)程中，斜面的彈力不做功，由動(dòng)能定理分析，通過(guò)重力做功，使重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，總的機(jī)械能保持不變。 
如果物體沿光滑曲面滑下，怎么分析？ 
由學(xué)生通過(guò)重力勢(shì)能的分析中將曲面看成無(wú)數(shù)個(gè)小斜面的處理方法，得出結(jié)論。 
小結(jié)：在只有重力做功的情形下，不論物體做直線運(yùn)動(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng)，總的機(jī)械能保持不變。進(jìn)一步分析課本上的“例題”，擺球擺動(dòng)過(guò)程受重力與細(xì)線拉力，兩拉力方向始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直，不做功，則上式推導(dǎo)過(guò)程及結(jié)論都相同。 
⑶分析守恒條件 
分析討論：泡沫球?qū)嶒?yàn)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(dǎo)過(guò)程中FGWWW，2211KPKPEEEE， 從能量轉(zhuǎn)化角度看，有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，所以機(jī)械能將不斷減少。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)的證明：只有重力做功時(shí)，物體系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)械能守恒。（此處應(yīng)說(shuō)明：重力勢(shì)能是物體和地球組成的系統(tǒng)具有的） 
如圖所示,在豎直向下方向運(yùn)動(dòng)的小球,受重力和外力作用下, 小球下落過(guò)程中經(jīng)過(guò)高度h1的A點(diǎn)速度v1，經(jīng)高度h2的B點(diǎn)時(shí)速度為v2，由同學(xué)用學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)（牛頓定律或動(dòng)能定理）， 
A點(diǎn)到B點(diǎn)，對(duì)物體根據(jù)動(dòng)能定理,得: 
21222
121mvmvWWFG
 由重力做功和重力勢(shì)能變化的關(guān)系，得： 
2121PPGEEmghmghW 
由上二式,得 
)()(1122KPKPGEEEEW                    
除重力和彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi),做功是物體機(jī)械能的變化. 
⑷只有彈力做功分析 
提出問(wèn)題：勢(shì)能包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能，只有彈力做功時(shí)，機(jī)械能與守恒嗎？ 實(shí)驗(yàn)4：氣墊導(dǎo)軌上的水平彈簧振子，觀察振動(dòng)過(guò)程。 
 
                    
             
                    
                             
- 4 - 
由同學(xué)討論振動(dòng)過(guò)程的能量轉(zhuǎn)化和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，結(jié)合前 面已經(jīng)探究過(guò)的彈力做功與彈性勢(shì)能的關(guān)系，類(lèi)比重力做 功，進(jìn)行分析。 
12KKFEEW 
又  1221KKPPFEEEEW 則  2211KPKPEEEE 
結(jié)論：只有彈力做功時(shí)，系統(tǒng)機(jī)械能守恒. 
⑸只有重力和彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)分析 
實(shí)驗(yàn)5：豎直彈簧振子的振動(dòng)，觀察現(xiàn)象，作出分析。共同分析，得出結(jié)論（板書(shū)）： 
⑹分析守恒條件，歸納結(jié)論 
在只有重力和彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變 
⑺引導(dǎo)學(xué)生分析結(jié)論，加深理解 
“在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)”是機(jī)械能守恒的條件 “而總的機(jī)械能保持不變”是結(jié)論 
“動(dòng)能和勢(shì)能可以互相轉(zhuǎn)化”是系統(tǒng)內(nèi)重力或彈力做功的結(jié)果。從能量轉(zhuǎn)化角度看，機(jī)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(tǒng)內(nèi)。 
公式：K2P2K1P1EEEE（21EE）（板書(shū)） 
（三）、鞏固應(yīng)用(8分鐘) 
指導(dǎo)學(xué)生對(duì)規(guī)律探究過(guò)程進(jìn)行歸納小結(jié)，然后針對(duì)性地加以鞏固應(yīng)用。 
 
例1：分析下列情況下機(jī)械能是否守恒？ 
A．跳傘運(yùn)動(dòng)員從空中勻速下落過(guò)程 
B．物體以8m/s2
在空中下落過(guò)程  C．物體作平拋運(yùn)動(dòng)過(guò)程 
D．物體在細(xì)線拉力作用下沿光滑斜面上滑過(guò)程  
例2：下列情況中，物體的機(jī)械能有可能不變的是 
A．物體所受合外力為零，重力對(duì)物體做正功 B．物體所受合外力為零，重力對(duì)物體做負(fù)功 
C．物體以5m/s2
的加速度做直線運(yùn)動(dòng) 
D．物體以不變的速率在豎直平面內(nèi)做曲線運(yùn)動(dòng) 
通過(guò)以上兩例具體問(wèn)題，鞏固對(duì)機(jī)械能守恒條件的理解和掌握。例1中D選項(xiàng)用意是讓 
學(xué)生清楚應(yīng)該是系統(tǒng)內(nèi)彈力做功機(jī)械能才守恒。例2各選項(xiàng)的目的是讓學(xué)生能聯(lián)系各種實(shí)際的運(yùn)動(dòng)情景進(jìn)行分析。  
例3：把一個(gè)小球用細(xì)繩懸掛起來(lái)，就成為一個(gè)擺（如圖），擺長(zhǎng)為l ,最大偏角為θ。小球運(yùn)動(dòng)到最低位置時(shí)的速度是多大？ 
分析：這個(gè)問(wèn)題直接用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)的公式來(lái)處理，需要用高等數(shù)學(xué)。通過(guò)前面的分析，我們知道小球在擺動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒，可以用機(jī)械能守恒定律求解。 解：（略） 
（對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行評(píng)價(jià)、修正，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，物體重力勢(shì)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(shì)面）有關(guān)；而重力勢(shì)能的變化量是與所選取的參考平面無(wú)關(guān)的。在討論物體系統(tǒng)的機(jī)械能時(shí)，應(yīng)先確定參考平面。） 在應(yīng)用的基礎(chǔ)上，歸納使用機(jī)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(jī)械能守恒定律的條件——只有重力或彈力做功物體系統(tǒng)內(nèi)； 3、列出初、末兩個(gè)狀態(tài)的機(jī)械能（E1、E2）； 4、根據(jù)機(jī)械能守恒定律列出等式求解； 5、討論最后結(jié)果的物理意義。 
(四)課堂小結(jié)（2分鐘） 
 
 
（五）教學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明 
（1）本節(jié)課按照“情景——探究一一應(yīng)用”的模式展開(kāi)，具體做法是：引導(dǎo)和提出要探究的問(wèn)題后，先
讓學(xué)生做出猜測(cè)，之后通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，再讓學(xué)生進(jìn)一步做出推測(cè)，最后對(duì)所涉及的實(shí)例進(jìn)行綜合分析得出機(jī)械能守恒定律。 （2）本節(jié)課充分尊重學(xué)生學(xué)習(xí)概念的過(guò)程，即以歸納、概括為主的思維過(guò)程。它不是機(jī)械地重復(fù)歷史
中的“原始創(chuàng)造”，而是根據(jù)學(xué)生自己的體驗(yàn)，用他們自己的思維方式，重新建構(gòu)有關(guān)物理知識(shí)，即學(xué)生的“再創(chuàng)造”過(guò)程。 （3）本節(jié)課充分重視實(shí)驗(yàn)的作用，以加強(qiáng)學(xué)生的體驗(yàn)，從而幫助學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)。 （4）本節(jié)課充分理順知識(shí)邏輯關(guān)系，為學(xué)生的學(xué)習(xí)鋪設(shè)臺(tái)階。 
（5）本節(jié)課注重體現(xiàn)三維教學(xué)目標(biāo)．除上述提到的知識(shí)、過(guò)程外，本節(jié)課還努力潛移默化地滲透情感
態(tài)度與價(jià)值觀的教育。 
機(jī)
械能守恒定律
 
內(nèi)容：在只有重力和彈簧彈力對(duì)物體做功的情況下，物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，物體機(jī)械能總量保持不變。 
表達(dá)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(shù)和
為零。 
研究對(duì)象：物體與地球組成的系統(tǒng)（或物體與彈簧組成的系統(tǒng)） 
 
                    
             
                    
                             - 6 - 
（六）板書(shū)設(shè)計(jì) 
一、機(jī)械能：物體的動(dòng)能和勢(shì)能之和稱(chēng)為物體的機(jī)械能。 
PKEEE 
二、物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。 三、機(jī)械能守恒定律 
 1.內(nèi)容： 在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和彈性勢(shì)能 可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持
不變。 2.表達(dá)式：21EE 
或K2P2K1P1EEEE 
或PKE-E（動(dòng)能的增加等于勢(shì)能的減少） 
3、守恒條件：a、只有重力或系統(tǒng)內(nèi)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(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能間的相互轉(zhuǎn)化。

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