4-4 机械能守恒定律 教学设计

机械能守恒定律
1教学目标
1.知识与技能
(1)
知道机械能的概念,知道动能和势能可以相互转化。
(2)
会从理论上推导机械能守恒定律。
(3)
理解机械能守恒的条件和表达式。
2.过程与方法
(1)学会在具体的问题中判这定物体的机械能是否守恒。
(2)初步学会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象,分析问题。
3.情感、态度与价值观
(1)通过在几种不同运动的研究基础建立机械能守恒定律的过程,增强严谨的科学态度。。
(2)通过学生应用动能定理推导机械能守恒定律,激发学习的积极性、能动性。
2学情分析
通过前面的学习,学生已对动能和重力势能有了一定的认识;而且重力势能和动能转化规律是一种日常生活中比较常见的物理现象,学生往往能感受到,但并没意识到这一现象的本质特征,故本课通过介绍学生较为熟悉的影音资料创设物理情景引入主题使学生对本节课产生兴趣,从定性和定量的两方面探索动能和重力势能的转化规律。
3重点难点
3.重点
(1)理解机械能守恒定律的内容。
(2)在具体问题中能判定机械能是否守恒。
难点
(1)理论推导机械能守恒定律探究过程。
(2)能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。
4教学过程
4.1
第一学时
4.1.1教学活动
活动1【导入】复习导入
(1)本章中我们学习了哪几种形式的能 它们的表达式如何
(2)功能关系是指能量的变化一定是某个力做功引起的。重力势能的变化是什么力做功引起的 弹力势能呢 动能呢
(3)动能定理的内容和表达式是什么
活动2【活动】动能和势能的转化
在初中,我们知道了动能和势能可以相互转化的,以下情景,势能和动能是怎么转化的
1.蹦床运动(图片)
在抛出时,运动员获得动能,上升过程,什么能转化什么能
上升的速度逐渐减少,动能怎么变 重力势能怎么变 能量有变化说明有力在做功,什么力在做功 做什么功 (受力分析和运动过程分析)
动能怎么变 什么力在做功 合外力做什么功
重力势能变大,动能减少,也就是动能转化为重力势能,是通过重力做负功实现的。
当运动员下落的过程中,能量怎么转化 通过什么来改变 通过重力做正功来实现。
2.飞流直下的瀑布
什么能转化什么能
通过什么来实现的呢
重力势能转化为动能,通过重力作正功实现的。
3.弹簧振子(图片)
在光滑的水平面上,弹簧原长在B点,小球一开始处于压缩状态,在A点,由A点运动到B点,什么能转化什么能 通过什么来实现呢 弹力作正功实现。
通过上述的例子我们可以看到,现在动能和势能之间可以转化,相互转化时通过什么来实现的呢 通过重力做功或者弹力做功来实现的。
活动3【活动】机械能守恒定律的理论推导
(一)问题的提出
那动能和势能转化过程中,遵循什么规律呢 如果我们研究动能和重力势能,那么它们之间的相互转化遵守什么规律呢
下面我们以小球的自由落体运动为例,看看下降过程,我们通过课本P81第1题进一步理解动能和重力势能转化的规律。
(二)从特殊值得到初步规律
一个质量为1kg的物体从离地面20m高处自由下落,求下降5m、10m、15m、20m时的速度、重力势能、动能以及重力势能和动能的总和。(取g=10m/s2)(取地面为零势面)
1.根据上面的数据,你能否得到得到Ep,Ek如何转化
2.观察Ep+Ek,有什么规律
(三)严谨的理论推导
现以自由落体为例(展示物理模型课本4-4-4),设一个质量为m的小球从A点开始自由下落,经过高度为hB(初位置)B点,下落到高度为hc的C点(末位置)。求动能变化是多少
1.物体的重力势能如何变化 通过什么方式实现的
2.物体的动能如何变化 通过什么方式实现的
3.两种能量的转化都是通过重力做功实现的,那么观察有什么规律
4.那两个位置的机械能有什么规律呢
自由落体运动中,机械能总和确实保持不变!(验证第二种猜想,机械能保持不变)
其实不仅仅适用于自由落体运动和平抛的运动,在竖直上抛运动,竖直下抛运动,或者斜抛运动都遵守机械能总和保持不变!
活动4【活动】机械能守恒的条件
(一)问题的提出
物理规律成立是需要有条件的,那么机械能总和保持不变的规律是不是任何情况下都适合呢
如果刚才物理不是自由裸体运动,下落过程物体受空气阻力,机械能总和是否保持不变
(二)学生分析规律的适用条件
合外力做功除了有重力做功以外,空气阻力做功,分析最后机械能总和相等吗
那如果不是空气阻力,而是其他力做功呢
因此,机械能总和要保持不变的条件是只有重力做功。
(三)进一步理解机械能守恒条件:只有重力做功和只受重力的区别
(课本讨论与交流第一题)那什么是只有重力做功呢 是不是只受重力呢
如果有其他力的情况下,是否机械能不守恒 在一个光滑的斜面上,下滑过程机械能是否守恒
受到支持力,但是支持力做功为零,机械能的总和还是保持不变。也就是说只有重力做功,但不表示物体只受重力,物体可以受其它的力,只要其它的力不做功或做功为零。
(四)总结定律
在只有重力做功的情形下,物体的动能和重力势能发生相互转化,总的机械能保持不变。
活动5【练习】练习
下列情况机械能是否守恒
(播放麻省理工学院机械能守恒视频)
为什么这个教授不会被打中 机械能守恒吗 不守恒的原因是什么
如果没有空气和摩擦力,是否机械能守恒 是不是只受重力做功