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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：高中物理人教課標版必修2第七章8.機械能守恒定律-浙江省優課
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人教版必修2第七章第八節《機械能守恒定律》教學設計
【教材分析】
本節課的內容是“機械能守恒定律”。本節內容既是對前面幾節內容的總結，也是對能量守恒定律的鋪墊。通過本節內容的學習，學生對功是能量變化的量度會有更加深刻的理解，也從不同角度處理力學問題提供了良好的途徑。本節內容是本章的重點內容。本節課的主要內容是“通過實驗，探究并認識機械能守恒定律，研究物體動能和勢能之間相互轉化過程中機械能的變化情況”。本節課采用的是人民教育出版社普通高中課程標準實驗教科書《物理》必修2第七章第八節。這一節集實驗、物理現象、概念、規律的學習于一體，讓學生經歷觀察現象，總結規律得出機械能守恒定律的過程。 【學情分析】
通過前幾節內容的學習，學生知道了重力做功會引起重力勢能的變化，彈簧彈力做功將使彈性勢能發生變化，合外力的功將引起物體動能的變化。使學生對于曾在初中階段學過的一些定性的東西逐漸找到了定量方面的聯系，對功能關系的認識加深了，也萌發了繼續探究的興趣，因而教學過程中抓住這一點對學生能夠有個提高，定量的研究機械能守恒過程中動能和勢能之間的相互轉化和用機械能守恒定律來解決生活中的一些問題。 【教學目標】
1.通過對生活中一些常見現象的觀察與分析進一步明確機械能的各種形式，能夠利用動能和勢能之間的相互轉化來分析一些現象產生的原因。
2.能夠利用動能定理和重力做功與重力勢能變化間的關系，通過自主與合作相結合的方式推導出機械能守恒定律的表達式，總結出機械能守恒的條件，并能利用精確的語言表述出機械能守恒定律的內容。
3.能夠運用機械能守恒定律分析生活中一些常見的物理現象，并能將其轉化為簡單的物理模型，領悟運用機械能守恒定律解決問題的優越性。
4.通過理論推導和對生活中一些物理現象的分析，進一步體會功是能量轉化的量度，能夠從機械能有沒有和其他形式的能發生相互轉化的角度進一步理解機械能守恒。
【教學重點、難點】
1.通過物理現象的分析和機械能守恒定律的推導過程，理解機械能守恒定律的內容和條件。
2.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一些簡單的實際問題。 【評價目標】
1.通過課堂引入的視頻、演示實驗等完成教學目標1； 2.通過實驗推導和理論推導的過程完成教學目標2； 3.通過實際應用、目標3評價和課后作業等完成教學目標3；
4.通過單擺的演示實驗，理論推導的過程、實際應用、課堂引入、目標4評價等完成教學目標4。
【教學方法】自主思考、合作探究、即時評價 【教學過程】 一、溫故知新
1.本章學習了哪幾種形式的能？
2.重力所做的功與物體重力勢能有什么關系？ 3.彈簧的彈力做的功與彈簧彈性勢能有什么關系？ 4.動能定理的內容和表達式是什么？
重力勢能、彈性勢能與動能之間具有密切的聯系，我們把它們統稱為機械能。通過重力或彈力做功，機械能可以從一種形式轉化為另一種形式。請看下面的視頻
二、影片導入
課件展示78歲老奶奶坐過山車精彩片段，活躍課堂氣氛，激發學生學習興趣，引出本節課的學習內容。
學生分析過山車在運行過程中動能和勢能的變化情況。 三、實驗演示 麥克斯韋滾擺、單擺
學生分析滾擺、單擺運動過程中動能和勢能的變化情況及重力做功情況 四、實驗探究
將小鋼球固定在細線的一端，細線的另一端系在鐵架臺上，使小球與細線形成一個擺。讓一位學生靠近鐵架臺，頭稍低，將小球由該同學的鼻子處釋放，小
球擺動過程中能否碰到該同學的鼻子（如圖），并思考里面的科學道理。
分析：（1）分析小球在擺動過程中受力情況，各力做功情況。（2）在小球擺動過程中能量如何轉化？
教師總結：實驗中小球在擺動過程中重力做功，勢能與動能相互轉化。
小球下降時：重力做正功，重力勢能減少，動能增加；
小球上升時：重力做負功，重力勢能增加，動能減少。
小球擺動過程中總能回到原來的高度，好像“記得”自己原來的高度，說明什么？
說明在擺動過程中有一個物理量是保持不變的，是什么呢？要想實現這個物理量不變，前提條件是什么？下面我們從理論上研究一下。
五、情境設置
質量為m的物體自由下落過程中，經過高度h1處速度為v1，下落至高度h2處速度為v2，不計空氣阻力，分析由h1下落到h2過程中機械能的變化（引導學生思考分析）。
分析：根據功能定理2
1222
121mvmvw
合① 下落過程重力做功，有21mghmghwG②
不計空氣阻力的情況下，整個過程只有重力做功，有Gww合③
聯立①②③式得212
122
2
121mghmghmvmv 移項得121222
2
1
21mghmvmghmv 引導學生分析討論上面表達式的物理意義：等號的左側表示末態的機械能，等號的右側表示初態的機械能，表達式表明初態和末態的機械能相等。即在小球下落過程中，重力勢能減小，動能增加，減小的重力勢能轉化為動能。
問題：此表達式具有普遍意義嗎？還是僅在只受重力的自由落體運動中成立？引導學生自己推導豎直上拋、平拋的過程是否成立。
引導學生關注在上述過程中物體的受力情況。可以證明，在只有重力做功的情況
下，物體動能和勢能可以相互轉化，而機械能總量保持不變。
六、思維拓展
在只有彈力做功的物體系統內呢？
課件展示：彈簧振子（由于彈簧振子概念學生還沒有接觸，教師可以不提彈簧振子的概念）的運動情況，分析物理過程。
設疑：在只有重力做功的情況下，機械能是守恒的；同樣作為機械能組成部分的勢能，是否在只有彈力做功的情況下，機械能也能守恒呢？
學生在推導過程中可能會存在一定的困難，教師適當加以輔助推導。對彈簧與小球的運動過程簡要分析，得到動能與彈性勢能的轉化關系，并明確：在只有彈力對物體做功時物體的機械能守恒。表達式
通過上面只有重力做功與只有彈力做功兩個部分的推導，師生總結機械能守恒定律的內容：在只有重力或彈力做功的物體系統內，動能與勢能相互轉化，而總的機械能保持不變。
表達式：1122pkpkEEEE或12EE ——守恒式
pkEE——轉換式 減增BAEE——轉移式
教師引導學生理解表達式中各量的物理意義，并回顧機械能守恒定律推導過程，加深認識。
機械能守恒定律的條件
通過以上內容的學習，我們理解了機械能守恒定律的表達式，但真正應用到解題過程中是有限制的。
大屏幕投影機械能守恒定律的內容，并用不同顏色展示“在只有重力或彈力做功的物體系統內”，突出強調守恒的受力條件，引導學生自己總結守恒的條件。 有的學生認為守恒條件應該是只受重力或彈力； 有的學生認為守恒條件應該是只有重力或彈力做功。
在肯定兩位學生認真思考的基礎上，教師質疑兩位學生的意見，激發他們思考的積極性：兩位同學說的有什么不同嗎？
學生討論：只有重力或彈力做功，還包含這樣的意思：可能還受其他力，但其他
力不做功。
學生總結：機械能守恒定律的條件可以表述為：
1.只受重力（或彈力），不受其他力。如自由落體運動。
2.除重力（或彈力）以外還有其他力，但其他力不做功。如做單擺運動的物體。
3.除重力（或彈力）以外還有其他力，這些力做的總功為零。
七、例題
把一個小球用細線懸掛起來，就成為一個擺（如圖），擺長為l，最大偏角為θ。如果阻力可以忽略，小球運動到最低位置時的速度是多大？ 引導學生分析思考，提出問題： 1.小球運動過程中受幾個力的作用？ 2.這些力做功嗎？
3.小球運動過程滿足機械能守恒定律條件嗎？如何
應用機械能守恒定律解決問題？
歸納學生分析的結果，明確：小球運動過程中，只有重力對小球做功，滿足機械能守恒條件，可以用機械能守恒定律求解；應用機械能守恒定律時，應明確所選取的運動過程，明確初、末狀態小球所具有的機械能。
解析：取0點為重力勢能零點。初狀態A點小球具有的重力勢能
)cos(llmgEAp，動能0AkE
末狀態O點小球具有的重力勢能0OpE，動能22
1mvEOk 根據機械能守恒定律，有OkOpAkApEEEE，即
22
1)cos(mvllmg
小球落到最低位置O時的速度大小)cos1(2glv
歸納總結得出機械能守恒定律的應用步驟：（1）確定研究對象；（2）對研究對象進行受力分析；（3）分析各力是否做功，判斷是否滿足機械能守恒條件；（4）選取零勢能面，確定研究對象在初、末狀態時的機械能；（5）根據機械能守恒定律列出方程求解。
l
A O
C
八、課堂小結
1.機械能守恒定律的內容 2.機械能守恒定律的條件 3.應用機械能守恒定律的解題步驟 九、課堂訓練
1.下列物體在運動過程中，可視為機械能守恒的是（ ） A.飄落中的樹葉 B.乘電梯勻速上升的人 C.被拋出后在空中運動的鉛球 D.沿粗糙斜面勻速下滑的木箱 答案：C
解析：A中阻力做功不能忽略，B中動能不變，勢能增加，D中動能不變，勢能減小。
點撥：判斷機械能是否守恒可以由條件得出，整個過程只有重力（或彈力）做功；也可由動能與勢能總和是否改變得出。
2.把質量為0.5Kg的石塊從10m高處以300角斜向上拋出（如圖），初速度是v0=5m/s。不計空氣阻力。（1）石塊落地時的速度是多大？ （2）石塊落地時的大小與下列哪些量有關？
A.石塊的質量 B.石塊初速度的大小 C.石塊初速度的仰角 D.石塊拋出時的高度
解析：（1）石塊從拋出到落地的過程中，只有重力做功，機械能守恒。設地面為零勢能參考面，根據機械能守恒定律，得
2202
1
21mvmghmv，所以：smsmghvv/15/1010252220
（2）由ghvv22
0
可知，石塊落地時速度大小與石塊初速度大小及石塊拋出時的高度有關，與石塊的質量和石塊的初速度的仰角無關。
十、布置作業
1.配套練習
2.觀察記錄生活中其他的物理情景，判斷其是否符合機械能守恒定律 十一、板書設計 一、機械能
二、動能與勢能相互轉化 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，動能與勢能相互轉化，而總的機械能保持不變。
2.表達式：1122pkpkEEEE
pkEE 減增BAEE
3.條件：只受重力（或彈力），不受其他力
除重力（或彈力）以外還有其他力，但其他力不做功或做的總功為零。
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