机械能守恒定律一轮复习教学设计.doc

《机械能守恒定律》教学设计
陕西省安康市宁陕县宁陕中学教师 周 华
【教材分析】
机械能守恒定律这一节的内容与本章的各节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既建立在前面所学知识的基础上，又是普遍的能量守恒定律的一种特殊情况，教材开始通过自由落体运动实验，联系第一节中追寻守恒量．通过多个具体实例，先猜测动能和势能的相互转化的关系，引出对机械能守恒定律及守恒条件的探究，联系重力势能和重力做功关系的学习，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机械能守恒定律在解决实际问题时的优越性。在教学设计时，要根据教材内在的逻辑关系和学生认知的发展规律来设计教学活动的基本流程，力求达到最优化的组合。
本设计力图通过生活实例和物理实验,展示相关情景，激发学生的求知欲，引出对机械能守恒定律的探究,体现从“生活走向物理”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,并通过规律应用巩固知识,体会物理规律对生活实践的作用。
【教学目标】
（一）知识与技能
1、知道什么是机械能，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适用条件；
3、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实际问题。
（二）过程与方法
1、学习从物理现象分析、推导机械能守恒定律及适用条件的研究方法；
2、初步掌握运用能量转化和守恒来解释物理现象及分析问题的方法。
（三）情感、态度与价值观
体会科学探究中的守恒思想，养成探究自然规律的科学态度，领悟机械能守恒规律解决问题的优点，形成科学的价值观。
【教学重点】
1、机械能守恒定律的推导与建立，以及机械能守恒定律含义的理解；
2、机械能守恒定律的条件和机械能守恒定律的实际应用。
【教学难点】
1、机械能守恒的条件及对机械能守恒定律的理解。
2、正确分析物体系统内所具有的机械能，判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒
【教学过程】
一、引入新课
前面咱们学习了动能和势能的概念，一个运动的物体既具有动能也具有势能，我们把物体所具有动能和势能之和称为机械能。
二、教学过程
1．动能和势能之间可以相互转化。（以实例的形式引入）
（1）自由落体运动
（2）平抛运动
（3）单摆的摆动过程
（4）物体在光滑斜面上自由下滑
（5）物体由一个光滑曲面滚下，然后滚上另一个光滑曲面
（6）水平放置的压缩弹簧将小球弹出
（7）小球压缩竖直弹簧的过程
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）

活动：学生分析上面各个情况中能量转化
教师：上面的例子中1—5说明了动能和势能之间是可以相互转化的，例子6说明动能和弹性势能之间是可以相互转化的，例子7说明动能、重力势能、与弹性势能三者之间是可以相互转化的。
教师提问：那这些过程中物体的机械能变了吗？
学生:没有改变
2、探究规律，并找出机械能不变的条件
提出研究方法：在探究物理规律时，应该是由简单到复杂，逐步深入，先对简单的物理现象进行探究，然后加以推广深化。在动能与势能转化的情景中，自由落体运动（只受重力）应该是比较简单的。
（1）只受重力作用分析
引导学生自主探究，如图所示，小球下落过程中经过高度h1的A点速度v1，经高度h2的B点时速度为v2，由同学用学习过的知识（牛顿定律或动能定理），分析下落过程中A、B两位置的机械能之间的数量关系。
A点到B点，
由重力做功和重力势能变化的关系，得：

由上二式，得：
　　 ①
移项后，得：
　　 ②
即
引导学生讨论表达式①的含义是什么？表达式②的含义又是什么？
在表达式①中左边是物体动能的增加量，右边是物体重力势能减少量，该表达式说明：物体在下落过程中，重力做了多少正功，物体的重力势能就减小多少，同时物体的动能就增加多少。
在表达式②中，左边是物体在末位置时的机械能，右边是物体在初位置时的机械能，该式表示：动能和势能之和即总的机械能保持不变。
（2）只有重力做功分析
上述结论是在运动过程只受重力作用时候得到的，如果物体是沿光滑斜面下滑，上述结论成立吗？（由同学推导，分析）
沿光滑斜面下滑过程中，斜面的弹力不做功，由动能定理分析，通过重力做功，使重力势能转化为动能，总的机械能保持不变。
如果物体沿光滑曲面滑下，怎么分析？
由学生通过重力势能的分析中将曲面看成无数个小斜面的处理方法，得出结论。
【小结】在只有重力做功的情形下，不论物体怎样运动，总的机械能保持不变。
我们用这个条件去考察上面的实例1—5：
（1）只受重力，重力的功等于合力的功，机械能守恒；
（2）只受重力，重力的功等于合力的功，机械能守恒；
（3）受重力和绳拉力，但绳拉力不做功，因此有重力功等于合力功，机械能守恒；
（4）受重力和支持力但支持力不做功，因此有重力功等于合力功，机械能守恒；
（5）受重力和支持力，但支持力不做功，因此有重力功等于合力功，机械能守恒；
同理弹力做功跟重力做功类似，也只是使能量在机械能内部转化，因而也不改变机械能的总量。由“只有重力做功，机械能守恒”可以得到相似的结论：只有弹力做功，机械能也守恒。
【归纳结论】
在只有重力和弹力做功情况下，物体的动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。这就是机械能守恒定律。
(3）引导学生分析结论，加深理解
①“在只有重力或弹力做功的物体系统内”是机械能守恒的条件
②“而总的机械能保持不变”是结论
③“动能和势能可以互相转化”是系统内重力或弹力做功的结果。
只有重力或弹力做功的条件包含三种情况：
①只受重力或弹力；
②除重力或弹力外，其它力不做功
③除重力或弹力外，其它力做功的代数和为零。
三、 巩固应用
指导学生对规律探究过程进行归纳小结，然后针对性地加以巩固应用。
例1：分析下列情况下机械能是否守恒？
A．跳伞运动员从空中匀速下落过程
B．物体以8m/s2在空中加速下落过程
C．物体作平抛运动过程
D．物体在细线拉力作用下沿光滑斜面上滑过程
例2：下列情况中，物体的机械能有可能不变的是
A．物体所受合外力为零，重力对物体做正功B．物体所受合外力为零，重力对物体做负功
C．物体以5m/s2的加速度做直线运动
D．物体以不变的速率在竖直平面内做曲线运动
[说明] 通过以上两例具体问题，巩固对机械能守恒条件的理解和掌握。
例1中D选项用意是让学生清楚只有弹力做功是指弹簧的弹力。
例2各选项的目的是让学生能联系各种实际的运动情景进行分析。
A
l
C
O
例3： 把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆（如图），摆长为L ,最大偏角为θ。小球运动到最低位置时的速度是多大？
分析：这个问题直接用牛顿第二定律和运动学的公式来处理，需要用高等数学。通过前面的分析，我们知道小球在摆动过程中机械能守恒，可以用机械能守恒定律求解。
解：（略）对学生的回答进行评价、修正，让学生认识到，物体重力势能大小与所选取的参考平面（零势面）有关；而重力势能的变化量是与所选取的参考平面无关的。在讨论物体系统的机械能时，应先确定参考平面。
[归纳] 使用机械能守恒定律解题的一般步骤：
1.受力分析；
2.判断是否符合机械能守恒定律的条件——只有重力或弹力做功；
3.列出初、末两个状态的机械能（E1、E2）；
4.根据机械能守恒定律列出等式；
5. 解方程

四、板书：
机械能守恒定律
内容：在只有重力和弹簧弹力对物体做功的情况下，物体的动能和势能可以相互转化，物体机械能总量保持不变。
表达式：E2=E1或△Ek=-△Ep
使用条件（判断方法）：①只受重力或弹力；
②除重力或弹力外，其它力不做功；
③除重力或弹力外，其它力做功的代数和为零。
研究对象：物体与地球组成的系统（或物体与弹簧组成的系统）

五、教学设计说明
（1）本节课按照“情景——探究——应用”的模式展开，具体做法是：引导和提出要探究的问题后，先让学生做出猜测，再让学生通过计算得出结论，最后对所涉及的各种实例得出机械能守恒定律的条件。
（2）本节课充分尊重学生学习概念的过程，即以归纳、概括为主的思维过程。它不是机械地重复历史中的“原始创造”，而是根据学生自己的体验，用他们自己的思维方式，重新建构有关物理知识，即学生的“再创造”过程。
（3）本节课充分重视物理规律的发现过程，让学生自己动手找出规律，从中体验获取知识的快乐。
（4）本节课充分理顺知识逻辑关系，为学生的学习铺设台阶。
（5）本节课注重体现三维教学目标．除上述提到的知识、过程外，本节课还努力潜移默化地渗透情感态度与价值观的教育。

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