卢机械能守恒定律教学设计

《机械能守恒定律》教学设计

【教材分析】

机械能守恒定律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，机械能守恒的探究建立在前面所学知识的基础上，而机械能守恒定律又是普遍的能量守恒定律的一种特殊情况，教材通过小实验展示了与探究守恒量的联系，通过多个具体实例，先猜想动能和势能的相互转化关系，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及弹性势能与弹力做功的关系的学习，由定性到定量计算，逐步深入，最后得出结论，并通过应用使学生领会定律在解决实际问题时的优越性。 【学情分析】

学生在初中已经初步接触过机械能守恒定律，但对机械能守恒定律理解并不深刻，甚至存在一些误区，例如认为机械能守恒无条件成立或者没有摩擦阻力时机械能就守恒。这些先入为主的错误认识给本节教学带来了阻力。

在本册，学生已经经历了探究守恒量、重力势能的概念和弹性势能的表达式的学习，知道机械能的概念，了解力做功过程也是能量从一种形式转化为另一种形式的过程，这些知识是本节内容学习的基础。 【教学目标】 一、知识与技能

1．知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化；

2．能够根据动能定理和重力做功与重力势能变化间的关系，推导出机械能守恒定律 3．在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能运用机械能守恒定律解决有关问题。 4．能从能量转化的角度理解机械能守恒的条件，领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性.

二、过程与方法

1．通过对机械能守恒条件的归纳，经历在不同的现象中寻找共性的研究方法 2．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。 三、情感、态度与价值观

通过实验定性分析与理论证明相结合来寻找机械能守恒的条件和内容，培养学生严谨的科学态度。

通过能量守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问题。

【教学重点】

1．掌握机械能守恒定律的推导、建立过程，理解机械能守恒定律的内容；

2．明确机械能守恒的条件，在具体的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出定律的数学表达式。 【教学难点】

1．理解机械能守恒的条件；

2．能正确分析物体系统所具有的机械能，判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。 【教学方法】

分析归纳法、演绎推导法、交流讨论法。

【教学器材】

细线悬挂的小钢球、细线悬挂的乒乓球,带标尺的铁架台，ppt。 【设计思路】

本节课采用“实验引入──实例分析归纳──理论论证──小结和应用”的教学流程：从各种事例视频发现动能和势能可以相互转化，从脑袋与铅球的“约会”实验视频引出课题。通过单摆实验，提问在转化过程中动能和势能的总量（机械能）是否相等，进而明确探究的主题；引导学生通过课堂小实验让学生猜想、讨论、分析、归纳出机械能守恒的条件；再从自由落体模型，斜面模型，曲面模型运用已学的知识理论验证结论；运用例题来判断学生知识掌握的程度；最后用所学知识解释脑袋与铁球的“约会”实验及铁球为什么会撞破玻璃。 本设计要突出的重点是：通过机械能守恒定律的推导知道机械能守恒定律的含义，理解机械能守恒定律的条件和机械能守恒定律的实际应用；而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及定律的应用是学生学习的难点。 【教学过程】 一、引入新课

展示花样滑雪、汽车蹦极、铁球撞玻璃视频。

引导学生分析：通过重力或弹力做功可以实现动能和势能的相互转化。 讲解：动能和势能可以相互转化，我们把动能和势能总和称为机械能。 二、进行新课

趣味实验视频：铁球与脑袋的“约会”

提出课题：为什么铁球没有撞上脑袋？通过这节的物理课，我们会找到真相！ 1、发现守恒量

实验甲：把一个小钢球用细线悬挂起来，把小钢球拉到一定高度的点，然后放开（如幻灯片图甲）。

提出问题：仔细观察小球每次摆到的高度，基本相同。也就是说小球好像总是“记得”自己原来的高度！是否说明摆动过程中有一个量是保持不变的？是什么量保持不变呢？

（学生分析摆动过程中的能量转化。）学生答：机械能守恒。 2、探究机械能守恒的条件

提出问题：机械能守恒和能量守恒一样，无条件成立吗？

教师演示实验：如图所示，用细线、小球、乒乓球、带有标尺的铁架台等分别进行以下实验。引导学生注意观察实验。 实验甲：单摆实验。

实验乙：把乒乓球用细线悬挂起来，拉到

点放开（如幻灯片图乙）。

点，小球每次到最高点

实验丙：实验甲中，把小钢球拉到一定高度的

返回时，用手推一下小钢球，小钢球会越摆越高（如幻灯片图丙）。 提出问题：以上小实验中，机械能都守恒吗？哪些守恒呢？机械能什么时候守恒呢？即机械能守恒的条件是什么？ 学生1：没有阻力。 学生2：没有推力。 学生3：没有外力。

学生4：只受重力。

学生分小组讨论，教师及时引导，质疑。学生讨论得出机械能守恒的条件：不是只受重力，而是只有重力做功。

板书：机械能守恒的条件：只有重力做功 3、机械能守恒定律

过渡：以上结论我们是从实例中归纳得出的，不够严谨，能否从理论角度进行证明呢？ 情境1（幻灯片展示情境一）、小球做自由落体运动，设下落过程中经过高度为h1的A点时的速度为v1，经过高度为h2的B点时的速度为v2。 教师引导学生分析小球从A到B过程，列式回答幻灯片上的问题： (1)重力做功与重力势能的关系？ (2)合力做功与动能的关系？

（3）由此可知小球在A、B两点的机械能什么关系？ 学生得出结论：小球从A到B机械能守恒。

情景2（幻灯片展示情境二）、小球沿光滑斜面下滑，设下滑过程中经过高度为h1的A点时的速度为v1，经过高度为h2的B点时的速度为v2。

学生独立分析小球从A到B过程，列式回答幻灯片上的问题： (1)重力做功与重力势能的关系？ (2)合力做功与动能的关系？ （3）若接触面粗糙呢？

学生得出结论：小球从A到B机械能守恒。接触面粗糙时，机械能不守恒。 情境3（幻灯片展示情境三）、物体沿光滑曲面滑下，只有重力对物体做功。 学生迁移情境一、二的推导方法，推导出物体在推导的结果为：EK2?EK1?EP1?EP2 ┅┅① 移项后：EK2?EP2?EK1?EP1 ┅┅② 即 E2=E1。

学生讨论：①式的含义：动能的增加量等于势能的减少量。

②式的含义：始末动能、势能之和相等。

结论：在只有重力做功的物体系统内，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。

（以上3个情境由易到难。先师生共同推导自由落体时的机械能守恒，再学生模仿推导斜面、曲面时的机械能守恒，亲历知识的获得过程。教师巡视指导，及时解决学生可能遇到的困难。） 过渡：以上我们都只研究涉及重力势能转化的机械能问题。若涉及弹性势能的转化，机械能还会守恒吗？什么条件下守恒呢？

情境4（幻灯片展示情境四）、推导证明弹力做功时机械能守恒：幻灯片展示只有弹簧弹力做功的弹簧振子，师生一起推导证明只有弹力做功时，机械能也守恒。

板书结论：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和弹性势能可以相互转化，总的机械能也保持不变。这就是机械能守恒定律。

引导学生深刻理解机械能守恒定律：

①条件是什么？ 只有重力或弹力做功。 ②守恒的结果是什么？ 总的机械能保持不变。

处的机械能和

处的机械能相等。

③谁的机械能守恒？ 系统。 三、例题与练习

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/s在空中下落过程 。 C．竖直方向悬挂的弹簧振子上下振动。 D．物体在细线拉力作用下沿光滑斜面上滑过程。 总结判断机械能是否守恒的方法： ①分析动势能总和（如A选项）。 ②分析做功 (如B、D选项)。 ③分析能量转化（如C选项）。

例2：把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆，如图，摆长为，最大摆角为θ，小球运动到最低位置时的速度是多大？ 学生：学生在实物投影仪上讲解自己的解答，并相互讨论。 教师：帮助学生总结用机械能守恒定律解题的要点（见幻灯片）、步骤，体会应用机械能守恒定律解题的优越性。

拓展1：若小球摆到最低点时细绳断裂，小球水平飞出时离地高度为h，则小球落地时的速度多大？ （此问体现用机械能守恒定律解题的优越性：适用于曲线运动，也适用于多过程整体求解。）

拓展2：能否用机械能守恒定律求出细绳断裂后小球从飞出到落地经过的时间和落地速度的方向？（此问体现用机械能守恒定律不能求解时间问题。） 总结：

1.机械能守恒定律不涉及运动过程中的加速度和时间，用它来处理问题要比牛顿定律方便； 机械能守恒定律适用于曲线运动，也适用于多过程的运动。

2．用机械能守恒定律解题，先要分析是否满足机械能守恒的条件。解题时要先规定零势能面，明确初末状态机械能。 四、实验解惑

提问1：现在你能解释“铁球与脑袋的‘约会’实验”中，铁球为什么不会与脑袋亲密接触吗？ （由于空气阻力做功，铁球机械能损失，不可能回到原来高度。）

提问2：铁球又为什么会击碎玻璃呢？ （仔细观察手部动作，铁球的初速度不为0。） 【板书设计】 一、机械能 （1）机械能 （2）表达式E=EK+EP

（3）机械能是标量，具有相对性 二、机械能守恒定律

（1）定律内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变

（2）表达式：EK2?EP2?EK1?EP1 或 EK2?EK1?EP1?EP2 （3）条件：只有重力或弹力做功的物体系统

2

三、应用 解题步骤：

（1）确定研究对象，明确运动过程。

（2）受力分析及各力做功情况，判断机械能是否守恒。 （3）选取参考平面，确定初末状态及其机械能 （4）根据机械能守恒定律列方程

【教学反思】本设计力图通过趣味物理实验和生活实例，展示相关情境，激发学生的学习兴趣和求知欲，引出对机械能守恒定律的探究，体现“从生活走向物理”。在机械能守恒定律条件的教学中通过展示实例，让每个学生充分参与分析、讨论，从而归纳出机械能守恒定律的条件，体现了学生的课堂主体性。机械能守恒定律的推导，通过从自由落体模型，到斜面模型，最后到曲面模型，由易到难，学生在教师引导下，进行理论证明，从而得到机械能守恒定律。让学生在探究、推理过程中得出结论，有利于培养学生的推理能力、分析归纳能力和探索发现能力，领会科学的研究方法。体会物理学科的严谨性和流畅性，感受物理之美。