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）知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化．
（2）通过实验探究和理论推导物体在自由落体运动过程中的机械能守恒，理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和守恒条件．
（3）在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式．
2．过程与方法
（1）、通过讨论与交流，使学生知道物体的动能和势能之间是如何转化的；
（2）、能根据实验现象提出动能和势能转化关系的猜想：
（3）会根据实验目的和现有的实验器材来设计实验。能根据实验数据的分析得出实验结论。
（4）、通过实验探究和理论推导，掌握机械能守恒定律的推导过程；
（5）、通过讨论与交流，对机械能守恒定律的条件加以推广；
3．情感态度与价值观
（1）、通过讨论与交流，培养学生勤于思考的习惯、积极合作的态度、敢于提出问题的胆识、准确的表达能力；
（2）、通过理论推导机械能守恒定律，培养学生灵活应用所学知识的能力，提高学生的推理能力。
2学情分析
《机械能守恒定律》是粤教版，必修2第四章第四节的内容，它与本章的各节内容有紧密的逻辑关系，是全章的知识链中重要的一环，机械能守恒定律的探究建立在前面所学知识的基础上。在前几节内容的学习中，学生知道了重力做功会引起重力势能的变化，弹簧的弹力做功将使弹性势能发生变化，合外力做功将引起物体动能的变化。那么，在动能，重力势能和弹性势能都参与转化的过程中，情况又将如何呢？这是学生急待解决的问题，机械能守恒定律的建立已经到了“水到渠成”的时候了。通过本节内容的学习，学生对功是能量变化的量度会有更加深刻地理解，也为从不同角度处理力学问题提供了良好的途径。本节内容是本章的重点内容。通过学习，学生不难掌握机械能守恒的表达式和运用机械能守恒定律求解比较简单的问题，但对具体问题中机械能守恒条件是否满足的判断还有一定困难，因此，对机械能守恒定律条件的理解是本节内容的难点。
3重点难点
1、重点：能掌握机械能守恒定律的实验探究，理论推导的建立过程，理解机械能守恒定律的内容和守恒条件。
2、难点：能在具体的问题中能判定机械能是否守恒。
4教学过程
4.1
第一学时
4.1.1教学活动
活动1【导入】导入新课：　　
-、导入新课：
【步骤一】观看过山运车的动态图：
【步骤二】学生发表观察到的现象
过山车开始时总是先用动力装置将其拉高然后释放，让其在
无动力状态下运动，
【步骤三】提
问
为什么要先拉高？这里与什么物理知识有关？
（二）新课教学：
一、探究动能与势能的相互转化
【步骤一】观看动态图和视频：
[瀑布]
设
问1：这里有什么形式的能？
学生答：动能和重力势能
老师答：我们把动能和势能（包括弹性势能）统称为机械能（E）
E=EK+EP
(板书)
设
问2：水落下过程中动能和重力势能是如何变化的？
重力做正功，重力势能减少，动能增加；重力势能转化为动能
设
问2：小车与弹簧在运动过过程中动能和弹性势能是如何变化的？
弹性势能与动能相互转化
设
问3：机械能之间是可以发生相互转化的，那转化过程是存在着
什么关系？（引出下一个问题）
活动2【活动】二、探究动能与势能的相互转化的关系
二、探究动能与势能的相互转化的关系
【步骤一】学生实验：分别用小钢球和乒乓球来做实验，将球用细
线悬挂一端固定在的铁架台上，让球摆动，观察球是否可以摆到跟释放点等高处，
（如右图所示）
【步骤二】展示和分析实验结果

设
问1：小球在下降和上升过程中动能和重力势能是如何变化的？
下降过程：重力做正功，重力势能减少，动能增加；
上升过程：重力做负功，重力势能增加，动能减少。
设
问2：小钢球摆动过程中总能回到原来高度说明动能与重力势能相
互转化过程是存在什么关系？
重力势能与动能的总和保持不变，也就是机械能保持不变。
设
问3：通过乒乓球与小钢球的所受力的做功情况对比你可以提出
什么样的猜想？
提出猜想：在只有重力做功情况下，重力势能与动能的总和保持不变
也就是物体的机械能总量是不变.
活动3【活动】用实验验证猜想
三．用实验验证猜想
【步骤一】实验器材：打点计时器，低压交流电源，带有铁夹的铁架台，
纸带，复写纸，带夹子的重物，刻度尺，导线两根．
【步骤二】讨论与交流：如何用现有的实验器材设计实验来验证猜想。
【步骤三】请同学们各抒己见。并用问题引导学生完善实验方案
设问1：我们已学过的运动中有那些是只有重力做功的？
设问2：这些运动中那些最简单且又能用现有的器材记录其运动信息？
学生答：最简单且又能用现有的器材记录其运动是自由落体运动，我们
可以让重物夹着纸带穿过打点计时器自由下落，由于重物密度
大。所受空气阻力可以忽略，其下落可以看成自由落体运动。
这个实验我们上一个学期做过。
【步骤四】回顾自由落运动的实验
①按照装置安装打点计时器
②将纸带穿过计时器，下端与重物相连
③先接通电源后松手让重锤带着纸带自由下落
④更换纸带，重复以上步骤
⑤选择纸带，处理数据
【步骤五】数据处理
设问1：给出一条打好点纸带，如何处理数据来验证猜想？
学生回答：（1）要纸带上任意取两个点B、D，先写出这两个点的机械能
（2）选E点位置为参考面，测出B、D的高度h1、h2，
（3）用中间时刻点的速度等于该段的平均速度的方法求
出V1、V2；
（4）分别计出EB=ED（质量m因两式都有，则不用测量
可以在式中保留）
引导学生使用表格记录数据
【步骤六】学生进行实验及数据处理
【步骤七】展示学生实验结果
选择部分学生的实验结果用投影给大家看，
大家发现，在实验误差允许范围内，EB=ED则验证
了我们的猜想，
活动4【活动】用理论推导来验证猜想
四、用理论推导来验证猜想
【步骤一】引入情境：用实验的中自由落体
运动的情境来推导。质量为m的物体做下列
运动的过程中，经过高度h1的A点时速度
为v1，下落至高度h2的B点处速度为v2，
取地面为参考
平面，思考以下问题：
活动5【活动】总结整个探究得出机械能守恒定律
五、总结整个探究得出机械能守恒定律
（1）内容：在只有重力做功的情形下，物体的动能和重力势能
可以相互转化，而机械能的总量保持不变。（板书）
老师说明：同样也可以证明，在弹性势能和动能的相互转化中，
如果只有弹力做功，机械能的总量也是保持不变的。
设问1：我们从猜想的提出，到实验验证，理论推导一直有一个
前提是什么？
学生答：只有重力做功
老师：这就是我们机械能守恒条件
（3）守恒条件：（板书）
A，从做功方面：只有重力做功（板书）
设问2：只有重力做功等同于只受重力吗？
学生思考讨论回答：不同，可以只受重力，也可以是除重力外还
受其它力，但其它力不做功。
设问3：
探究中所用物理模型都只有动能和重力势能的转化说明
什么问题？
守恒条件也可以从能量转化方面考虑
B、从能量转化方面：只有动能和势能的相互转化（板书）
活动6【练习】练习，课堂小结及课后作业
六．练习
1、下列运动中物体机械能守恒的有（
）
设问：如何判断机械能守恒？
学生答：
A，从做功方面：只有重力做功
B、从能量转化方面：只有动能和势能的相互转化
2．关于机械能是否守恒，下列说法正确的是(　　)
A．做匀速直线运动的物体机械能一定守恒
B．做匀速圆周运动的物体机械能一定守恒
C．做变速运动的物体机械能可能守恒
D．合外力对物体做功不为零，机械能一定不守恒
老师引导学生从题目中提取相应的物理模型，从而方便判断
七．课堂小结：
老师和学生一起回顾机械能守恒定律的内容，表达式，和守恒的
条件，体会“从生活走向物理”回应的过为什么山车总是在开始时用
动力装置将其拉高然后释放的问题。
八、课后作业：
请学生课后通过查阅书籍或上网搜索查找生活中与机械能守恒
的相关实例，并提炼出相应的物理模型，下节课来讨论交流。例如：
六．练习
1、下列运动中物体机械能守恒的有（）
设问：如何判断机械能守恒？
学生答：
A，从做功方面：只有重力做功
B、从能量转化方面：只有动能和势能的相互转化
2．关于机械能是否守恒，下列说法正确的是(　　)
A．做匀速直线运动的物体机械能一定守恒
B．做匀速圆周运动的物体机械能一定守恒
C．做变速运动的物体机械能可能守恒
D．合外力对物体做功不为零，机械能一定不守恒
老师引导学生从题目中提取相应的物理模型，从而方便判断
七．课堂小结：
老师和学生一起回顾机械能守恒定律的内容，表达式，和守恒的
条件，体会“从生活走向物理”回应的过为什么山车总是在开始时用
动力装置将其拉高然后释放的问题。
八、课后作业：
请学生课后通过查阅书籍或上网搜索查找生活中与机械能守恒
的相关实例，并提炼出相应的物理模型，下节课来讨论交流。例如：