人教版高中物理《機械能守恒定律》教學設(shè)計.doc

機械能守恒定律一、 教材分析：本節(jié)課是高一物理第七章機械能的第六節(jié)，是本章內(nèi)容的總結(jié)和升華。機械能守恒定律體現(xiàn)一定范圍內(nèi)的能量的轉(zhuǎn)化和守恒的規(guī)律，它使學生第一次體會到了物理學研究大自然規(guī)律的統(tǒng)一美、和諧美。同時本節(jié)內(nèi)容的知識也為以后進一步學習各種能量間的相互轉(zhuǎn)化和守恒打下了堅實的基礎(chǔ)。二、 學生分析：進入高中以來，學生已對高中力學知識有了一個較為廣泛的了解，掌握了以牛頓定律為基礎(chǔ)的基本研究方法，他們正迫切希望掌握更多的思想方法。同時對第七章機械能前面知識的學習，已使他們具備了相關(guān)的基礎(chǔ)知識，有能力來進一步學習本節(jié)內(nèi)容的知識。三、 任務(wù)分析：本節(jié)教學中主要通過簡易的演示實驗，讓學生自己根據(jù)已經(jīng)學過的知識，猜想、歸納出機械能守恒的規(guī)律；然后通過嚴密的數(shù)學推導證明其成立，并體會在推導過程中的幾個變式的含義；再進一步理解機械能守恒定律的適用條件；最后會簡單應用機械能守恒定律分析、解決相關(guān)問題。四、 教學目的：1、 知識和技能：通過實驗演示，了解動能與重力勢能之間的相互轉(zhuǎn)化，初步領(lǐng)會機械能守恒定律的內(nèi)容。會正確推導自由落體、豎直上拋過程中的機械能守恒定律。正確理解機械能守恒定律的含義及適用條件。分析實際生活中的事例，能判定機械能是否守恒，并能列出機械能守恒的方程式。2、 過程與方法：掌握猜想、歸納、總結(jié)、驗證的科學研究方法。3、 態(tài)度情感與價值觀：通過能量守恒的教學，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W思想觀、體會自然規(guī)律的統(tǒng)一美、和諧美五、重點難點：1、 重點：推導機械能守恒定律，正確理解機械能守恒定律的含義及適用條件，在具體問題中能判定機械能是否守恒，并能列出定律的數(shù)學表達式。2、 難點：從能的轉(zhuǎn)化和功能關(guān)系出發(fā)理解機械能守恒的條件，能正確判斷研究對象在所經(jīng)歷的過程中機械能是否守恒。六、設(shè)計思想：本節(jié)課從投影片入手引出機械能守恒定律，圍繞著證明其成立、理解其適用范圍展開，采用各種教學方法，通過一系列的實驗、推導、分析、應用、總結(jié)歸納，最后又以演示實驗來驗證，使學生真正地知其然、還知其所以然。七、教學過程教學方法： 演示實驗、分析推理、講授及討論 教具：細線、小球、帶標尺的鐵架臺、自制投影片、CAI課件。 教學過程：引入新課：1、用投影片出示思考題：本章中我們學習了哪幾種形式的能？它們各是如何定義的？它們的大小各由什么決定？動能定理的內(nèi)容和表達式是什么？重力所做的功與物體重力勢能的變化之間有什么關(guān)系？2、學生回答：本章我們學習了以下幾種能：動能、重力勢能、彈性勢能。動能定理的內(nèi)容是：物體所受合外力所做的功等于物體動能的改變，即：。重力所做的功和物體重力勢能之間變化的關(guān)系為：、教師總結(jié)：同學們要注意動能定理中動能的變化量是末動能減去初動能，而重力做功與重力勢能改變之間關(guān)系式中初位置的重力勢能與末位置重力勢能的差。引入：動能、重力勢能、彈性勢能屬于力學范疇，統(tǒng)稱為機械能，本節(jié)課我們就來研究有關(guān)機械能的問題。板書課題：機械能守恒定律進行新課：（一）1、用多媒體展示下述物理情景：A、運動員投出鉛球；B、彈簧的一端接在氣墊導軌的一端，另一端和滑塊相連，讓滑塊在水平的軌道上做往復運動。2、學生分析上述物理情景中能量是如何轉(zhuǎn)化的？學生答：A、鉛球在上升過程中，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能；鉛球在下落過程中，重力勢能又轉(zhuǎn)化為動能。B、彈簧在和物塊的往復運動過程中，動能和彈簧的彈性勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。學生乙：除了甲的敘述中動能和勢能相互轉(zhuǎn)化外，還有一部分轉(zhuǎn)化為物體的內(nèi)能。3、教師講：分析的很全面，但是在此過程中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的部分在總結(jié)能量中占的比例很小，我們一般不予考慮。4、過渡：通過上述分析，我們得到動能和勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化，那么在動能勢能的轉(zhuǎn)化過程中，動能和勢能的和有什么變化呢？h1h2ABv1v2（二）機械能守恒定律的推導1、用多媒體出示兩道思考題：思考題一：如圖所示，一個質(zhì)量為m的物體自由下落，經(jīng)過高度為h1的A點時速度為v1，下落到高度h2為的B點時速度為v2，試寫出物體在A點時的機械能和在B點時的機械能，并找到這二個機械能之間的數(shù)量關(guān)系。v1ABv2思考題二：如圖所示，一個質(zhì)量為m的物體做平拋運動，經(jīng)過高度為h1的A點時速度為v1，經(jīng)過高度為h2的B點時速度為v2，寫出物體在位置A、B時的機械能的表達式并找出這二個機械能之間的關(guān)系。2、把學生分為二小組，一組做思考題一，另一組做思考題二，并進行小組賽。3、教師對首先做完的小組進行激勵評價，并抽有代表性的解答方案進行現(xiàn)場評點。4、用實物投影儀對推導過程進行評析。推導過程一解：機械能等于物體的動能和勢能之和v1ABv2A點的機械能等于B點的機械能等于又在自由落體運動中，物體只受重力的作用，據(jù)動能定理得：又據(jù)重力做功與重力勢能的關(guān)系得到：學生評價：在上述推導過程中，在用重力做功和重力勢能改變之間關(guān)系應是重力所做的功等于初位置的重力勢能減去末位置的重力勢能，所以推導的結(jié)果錯誤。推導過程二解：A點的機械能等于 B點的機械能等于 由于物體做平拋運動，只受重力作用，且重力做正功，據(jù)動能定理得： 又據(jù)重力做功與重力勢能的關(guān)系得到： 教師評析：第二個推導過程是完全正確的。5、用多媒體展示評析中得到的表達式 學生討論：上述兩個表達式說明了什么？討論后學生回答。學生甲：在表達式中等號左邊是物體動能的增加量，等號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。學生乙：對于表達式，等號左邊是物體在末位置時的機械等號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。6、師總結(jié)：同學們對上述兩個表達式的含義理解得很好，我們分別用EK1和EK2表示物體的初動能和末動能，用EP1和EP2分別表示物體在初位置的重力勢能和末位置的重力勢能，則得到：EK1+EP1=EK2+EP2，也就是初位置的機械能等于末位置的機械能，即機械能是守恒的。（三）機械能守恒的條件1、 上邊我們通過推導得到了機械能是守恒的這一結(jié)論，下邊同學們思考：2、 在推導中，我們是以物體做自由落體和做平拋運動為例進行的，請問：上述二種運動有什么相同和不同之處？3、 學生答：相同點是在上述兩種運動中物體只受重力作用；不同之處是物體運動的路線不同，自由落體運動是直線運動，而平拋運動是曲線運動。從上述兩種運動中，你能猜想一下：機械能在什么情況下守恒嗎？學生答：物體只受重力作用。學生還可能答：物體在運動中，只有重力做功，針對上述兩種答案，師生評析后總結(jié)。2、教師總結(jié)：通過上述分析，我們得到：在只有重力做功的情況下，物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機械能的總量保持不變，這個結(jié)論叫機械能守恒定律。板書：機械能守恒定律條件：只有重力做功。結(jié)論：機械能的總量保持不變。3、用實物投影儀出示討論題。所謂的只有重力做功與物體只受重力有什么不同。學生：所謂的只有重力做功，包括兩種情況：a、物體只受重力，不受其他的力。b、物體除重力外還受其他的力，但其他力不做功。而物體只受重力僅包括一種情形。放開被壓縮的彈簧，可以把跟它接觸的小球彈出去，在這個過程中，能量是如何轉(zhuǎn)化的？類比地，你能得到在這個過程中機械能守恒的條件嗎？學生答：在小球被彈簧彈出的過程中，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為小球的動能。類比得到：如果有彈力做功，動能和彈性勢能之和保持不變，即機械能守恒。所謂只有彈力做功，包括哪幾種情況？學生：包括以下兩種情況：第一種情況：物體只受彈力作用，不受其他的力；第二種情況：物體除受彈力外還受其他的力，但其他的力不做功。4、演示實驗上邊我們通過推導得到了在只有重力或彈力做功的條件下，物體的機械能守恒，下邊我們來做一個實驗：ABC，圖2DABC圖1介紹實驗裝置如圖所示：做法：a、把球拉到A點，然后放開，觀察小球擺動到右側(cè)時的位置和位置A間的關(guān)系。b、把球同樣拉到A點，在O點用尺子擋一下觀察小球擺動到右側(cè)時的位置，并比較該位置和釋放點A之間的關(guān)系。通過觀察到的現(xiàn)象，分析后你得到什么結(jié)論？5、學生總結(jié)現(xiàn)象學生甲：在做法a中，小球可以擺到跟釋放點A高度相同的C點；在做法b中，小球仍可以到達跟釋放點A高度相同的C點。學生乙：在做法a中，小球可以擺到跟釋放點A高度幾乎相同的C點，在做法b中，小球可以到達跟釋放點A點高度幾乎相同的C點。6、針對上述結(jié)論展開討論后得到：如果不考慮阻力作用，即物體只受到重力作用時，學生甲的結(jié)論正確；如果考慮空氣阻力作用，學生乙的結(jié)論正確。教師總結(jié)：在本實驗中，我們對空氣的阻力一般不考慮，因為阻力太小，對結(jié)果影響不大。7、得到結(jié)論：以上實驗證實了在不計阻力影響，即物體只受重力作用時，小球在擺動中機械能守恒。(四) 鞏固訓練1、關(guān)于物體的機械能是否守恒的敘述，下列說法中正確的是：A、做勻速直線運動的物體，機械能一定守恒；B、做勻速變速直線運動的物體，機械能一定守恒；C、外力對物體所做的功等于0時，機械能一定守恒；D、物體若只有重力做功，機械能一定守恒。2、在下列實例中運動的物體，不計空氣阻力，機械能不守恒的是：A、起重機吊起物體勻速上升；B、物體做平拋運動；C、圓錐擺球在水平面內(nèi)做勻速圓周運動；D、一個輕質(zhì)彈簧上端固定，下端系一重物，重物在豎直方向上做上下振動（以物體和彈簧為研究對象）。3、從離地高為Hm的陽臺上以速度v豎直向上拋出質(zhì)量為m的物體，它上升 hm后又返回下落，最后落在地面上，則一列說法中正確的是（不計空氣阻力，以地面為參考面）A、物體在最高點時機械能為mg(H+h);B、物體落地時的機械能為mg(H+h)+1/2mv2;C、物體落地時的機械能為mgH+1/2mv2;D、物體在落回過程中，以過陽臺時的機械能為mgH+1/2mv2.(五)課堂小結(jié)1在只有重力做功的過程中，物體的機械能總量不變。通過例題分析要加深對機械能守恒定律的理解。2應用機械能守恒定律解決問題時，應首先分析物體運動過程中是否滿足機械能守恒條件，其次要正確選擇所研究的物理過程，正確寫出初、末狀態(tài)物體的機械能表達式。3從功和能的角度分析、解決問題，是物理學研究的重要方法和途徑。通過本節(jié)內(nèi)容的學習，逐步培養(yǎng)用功和能的觀點分析解決物理問題的能力。(六)課外作業(yè)：1、復習本節(jié)課文。2、做課本練習五第（1）、（2）、（3）題。3、思考：還可以用什么方法來驗證機械能守恒定律八、板書設(shè)計：（一）、機械能：物體的動能和勢能之和稱為物體的機械能。用E表示，即E=EK+EP。（二）、重力勢能與動能之間的相互轉(zhuǎn)化。（三）、證明機械能守恒定律（四）、機械能守恒定律 1、內(nèi)容：在只有重力做功的情況下，物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機械能的總量保持不變 2、適用條件：只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功。 （五）、 進一步認識機械能守恒定律 1、研究對象是物體與地球共同組成的系統(tǒng)。 2、在只有彈力做功的情形下，物體系（彈簧和物體）的機械能也守恒。 3、在沒有任何外力做功的情形下，物體或物體系的機械能也守恒。九、教學后計：本節(jié)課通過各種教學方法的運用，深入淺出地介紹了機械能守恒定律來龍去脈，使學生真正理解在什么情況下機械能才守恒，初步掌握應用機械能守恒定律去分析問題。教學中學生對機械能守恒定律的適用條件的掌握不是很理想，特別是有系統(tǒng)內(nèi)彈力做功的情況。以后應進一步通過練習理解、掌握。6