高中物理必修二教案-7.8机械能守恒定律 -人教版
文档属性
| 名称 | 高中物理必修二教案-7.8机械能守恒定律 -人教版 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 379.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-12-25 11:58:29 | ||
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文档简介
7.8 机械能守恒定律
课标分析
本节在本章中处于核心地位，是前面几节内容的综合，同时又是能量守恒定律的基础。新课标指出，在重视物理概念和规律教学的同时要加强学生能力的培养。因此，本节课不仅仅要让学生们学习掌握规律，同时还要引导学生积极主动的学习。教师在教学中贯彻新课标下的思想：以学生为主体，教师为主导的教学思想。主导作用体现在：组织课堂教学、激发学生学习动机、提供问题背景、引导学生学习；其中的环节可以分为激发、疏导、深化、迁移、创造等。发展学生思维促进学生积极主动获取知识达到会学习的目的。本节课可以从生活入手，从生活走向物理的思路，通过建立物理模型，由浅入深进行探究，让学生领悟科学的研究方法。
教材分析
本节内容是本章教材的重点内容，它既是对前面几节内容的总结，也是对能量守恒定律的铺垫。通过对本节内容的学习，学生对功是能量转化的量度会加深认识以及理解。但是，在对具体问题问题中机械能是否守恒的判断具有一定的难度，因此，对机械能守恒的条件的理解是本节的教学难点。
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） 掌握机械能守恒定律的内容及得出过程；
（3） 会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决有关问题， 并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）学会在具体的问题中判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，分析物理问题。
（3）通过本节内容，体会归纳的思想方法
三、情感、态度与价值观
（1）通过机械能守恒定律的教学，使学生树立科学的观点
（2）学会理解和运用自然界客观存在的规律，来解决生活中的实际问题。
（3）通过本节内容的学习感悟自然界的守恒思想，体会自然的美丽和谐
教学重点
1、掌握机械能守恒定律的内容及其条件
2、在具体问题中能判定机械能是否守恒
3、有已知情景能列出机械能守恒的表达式
教学难点
1、从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件
2、能正确判断所研究的过程中机械能是否守恒以及列出相应的表达式
教学方法
演绎推理法、分析归纳法、交流讨论法、探究式教学法
教学工具
多媒体课件、细线、小球、带标尺的铁架台、弹簧振子。
教学过程设计
一 、引入新课
1、思考提问：
（1）、前几节我们学习了哪几种形式的能？各怎么表示？
（2）、动能定理的内容是什么？
（3）、重力做功和重力势能变化的关系是什么？
2、机械能
（1）、概念：动能、重力势能和弹性势能统称机械能，物体在某时刻的机械能等于动能与势能之和。
（2）、表达式： E = Ek + Ep
这些不同形式的能是可以相互转化的，那么在相互转化的过程中，他们的总量是否发生变化？这节课我们就来探究这方面的问题。
二、 新课教学
1、动能与势能的相互转化
（1）创设情景：列举生活中的实例（多媒体放课件），让学生试着分析在不考虑阻力的情况下，下面几种情况动能和势能是怎么转化的？猜想动能和势能的总和有何特点？
【学生活动】
学生看完每一副动画后，相互讨论，然后由学生代表发言，阐述各自的观点
【教师点评】
上面几种情况都是动能和势能相互转化，如果在不考虑阻力的情况下，动能和势能的总和保持不变。
（2）演示实验1：如图，用细线、小球、带有标尺的铁架台等做实验。把一个小球用细线悬挂起来，把小球拉到一定高度的A点，然后放开，小球在摆动过程中，记住它向右能够达到的最大高度C点。如果用尺子在某一点P挡住细线，看一看这种情况下小球所能达到的最大高度B点。
观察实验现象，回答下面问题：
1、第一次小球向右能够达到的最大高度C点与A点的高度有何关系？如果用尺子在P点挡住细线，这种情况下小球所能达到的最大高度B点和A点的高度又有何关系？
2、分析小球从A点到最低点O以及从最低点O到C点（或B点）的运动过程动能和重力势能怎样转化？这个小实验说明了什么？
【学生活动】
观察演示实验，思考问题，并选出学生代表发表见解。
1、第一次小球向右能够达到的最大高度C点与A点的高度相同，如果用尺子在P点挡住细线，这种情况下小球虽然不能到达C点，但达到的最大高度B点与A点的高度相同。
2、小球从A点到最低点O的运动过程中，重力势能减少，动能增加；从最低点O到B点的运动过程中，动能减少，重力势能增加。这个实验说明重力势能和动能的总和应该保持不变。
【教师点评】
实验证明，小球在摆动过程中重力势能和动能在不断转化。在摆动过程中，小球总能回到原来的高度。可见，重力势能和动能的总和保持不变，即机械能保持不变。
（3）、演示实验2：如图，水平方向的弹簧振子，振子静止时在C点，把振子压到A点放手后，用弹簧振子演示动能和弹性势能的相互转化。 观察实验现象，回答下面问题：
1、每次小球是否都能回到A点？
2、小球从A点到C点以及从C点到B点的运动过程中，动能和弹性势能是怎样转化的？这个小实验说明了什么？
【学生活动】
观察演示实验，思考并回答问题。
1、小球在往复运动过程中，每次小球都能回到A点.
2、小球从A点到C点的运动过程中，弹性势能减少，动能增加；从C点到B点的运动过程中，弹性势能增加，动能减少。这个实验说明弹性势能和动能的总和应该保持不变。
【教师点评】
小球在往复运动过程中弹性势能和动能在不断转化。小球在往复运动过程中总能回到原来的位置A点，可见，弹性势能和动能的总和保持不变，即机械能保持不变。
通过上述分析，我们得到动能和势能之间可以相互转化，那么在动能和势能的转化过程中，动能和势能的总和是否真的保持不变？下面我们就来定量讨论这个问题。
2、探究动能与势能转化规律
（1）创设情境（用多媒体放课件）
如图，一个质量为m的小球做自由落体运动或做平抛运动或做竖直上抛运动，经过某高度为h１的A点时速度为v１，到某高度为h2的B点时速度为v2，试分析在运动过程中小球受什么力？哪些力做功？并写出小球在A点时的机械能EA和在B点时的机械能EB，由动能定理、重力做功与重力势能变化的关系探究EA和EB的关系。
为学生创设问题情境，引导学生运用所学知识独立推导出机械能守恒定律。 让学生亲历知识的获得过程
【学生活动】
学生根据教师的引导，在练习本上进行推导，推完后相互交流意见。 教师巡视指导，及时解决学生可能遇到的困难。
（2）分析推理 教师和学生一起一步一步分析推导过程，用多媒体出示出来，让学生和自己的推导过程进行对比。
【教师总结】
在只有重力做功的物体系统内，物体的动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。同样可以证明：在只有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。
【思考与讨论】
上面三个例子小球都仅受重力，假如物体除了受重力外，还受其它力,而其它力不做功，机械能是否守恒?
例如：（投影）质量为m的物体从光滑斜面上滑下的过程 中，小球的机械能是否守恒？
【讨论与交流】
学生前后四人一组，分组讨论，讨论后选取代表发表各自的意见，进行交流。
【教师点评】
根据学生的意见，教师帮助学生总结机械能守恒定律的条件是不论物体受几个力，只要只有重力（或弹力）做功，物体的机械能就守恒。
【教师点评】
对机械能守恒定律条件的理解：
（1）、只受重力或弹力；
（2）、除受重力或弹力外，还受其它力，但其它力不做功或其它力所做功代数和为零
例题: （多媒体出示） 把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆，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？
试分析：
1、小球受哪些力的作用？
2、哪些力对小球做功？小球的机械能是否守恒？若守恒，选最低点O为零势能面，则A点的机械能和O点的机械能如何表示？由机械能守恒定律如何列方程求解？
【学生活动】
学生先独立思考，然后在练习本上做题。 教师巡视指导，及时解决学生可能遇到的困难和问题。
（学生做完后，教师用多媒体投影正确的解题过程，并讲解做题的技巧和注意事项）
【教师点评】
用机械能守恒定律解题时，先选取研究对象，再根据机械能守恒的条件判断运动过程中机械能是否守恒，若守恒，最后由机械能守恒定律列方程求解。
【思考与讨论】
你能不能直接用牛顿第二定律和运动学的公式来处理这个问题？（学生分组讨论后，由学生代表发言）
【教师点评】
应用机械能守恒定律解题的优点：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运动定律方便；应用机械能守恒定律解决问题，只需考虑运动的始、末状态，不必考虑两个状态之间过程的细节。如果直接用牛顿运动定律解决问题，往往要分析过程中各个力的作用，而这些力往往又是变化的，因此一些难以用牛顿运动定律解决的问题，应用机械能守恒定律则易于解决
知识小结：
机械能守恒定律：
（1）内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
（2）对象：相互作用的物体系统内
（3）表达式：
（4）条件：只有重力（或弹力）做功
机械能守恒定律解题的一般步骤：
（1）、根据题意选取研究对象
（2）、明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒。
（3）、恰当地选取零势能面，确定研究对象在过程中的始态或末态的机械能。 （4）、根据机械能守恒定律的不同表达式列方程求解。
板书设计：
7.8 机械能守恒定律
机械能守恒定律：
（1）内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
（2）相互作用的物体系统内
（3）表达式：
（4）条件：只有重力（或弹力）做功
机械能守恒定律解题的一般步骤：
（1）、根据题意选取研究对象
（2）、明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒。
（3）、恰当地选取零势能面，确定研究对象在过程中的始态或末态的机械能。 （4）、根据机械能守恒定律的不同表达式列方程求解。
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
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应该是系统内弹力做功机械能才守恒。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。
作业布置:
课本72页第2、3、题
课标分析
本节在本章中处于核心地位，是前面几节内容的综合，同时又是能量守恒定律的基础。新课标指出，在重视物理概念和规律教学的同时要加强学生能力的培养。因此，本节课不仅仅要让学生们学习掌握规律，同时还要引导学生积极主动的学习。教师在教学中贯彻新课标下的思想：以学生为主体，教师为主导的教学思想。主导作用体现在：组织课堂教学、激发学生学习动机、提供问题背景、引导学生学习；其中的环节可以分为激发、疏导、深化、迁移、创造等。发展学生思维促进学生积极主动获取知识达到会学习的目的。本节课可以从生活入手，从生活走向物理的思路，通过建立物理模型，由浅入深进行探究，让学生领悟科学的研究方法。
教材分析
本节内容是本章教材的重点内容，它既是对前面几节内容的总结，也是对能量守恒定律的铺垫。通过对本节内容的学习，学生对功是能量转化的量度会加深认识以及理解。但是，在对具体问题问题中机械能是否守恒的判断具有一定的难度，因此，对机械能守恒的条件的理解是本节的教学难点。
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） 掌握机械能守恒定律的内容及得出过程；
（3） 会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决有关问题， 并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）学会在具体的问题中判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，分析物理问题。
（3）通过本节内容，体会归纳的思想方法
三、情感、态度与价值观
（1）通过机械能守恒定律的教学，使学生树立科学的观点
（2）学会理解和运用自然界客观存在的规律，来解决生活中的实际问题。
（3）通过本节内容的学习感悟自然界的守恒思想，体会自然的美丽和谐
教学重点
1、掌握机械能守恒定律的内容及其条件
2、在具体问题中能判定机械能是否守恒
3、有已知情景能列出机械能守恒的表达式
教学难点
1、从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件
2、能正确判断所研究的过程中机械能是否守恒以及列出相应的表达式
教学方法
演绎推理法、分析归纳法、交流讨论法、探究式教学法
教学工具
多媒体课件、细线、小球、带标尺的铁架台、弹簧振子。
教学过程设计
一 、引入新课
1、思考提问：
（1）、前几节我们学习了哪几种形式的能？各怎么表示？
（2）、动能定理的内容是什么？
（3）、重力做功和重力势能变化的关系是什么？
2、机械能
（1）、概念：动能、重力势能和弹性势能统称机械能，物体在某时刻的机械能等于动能与势能之和。
（2）、表达式： E = Ek + Ep
这些不同形式的能是可以相互转化的，那么在相互转化的过程中，他们的总量是否发生变化？这节课我们就来探究这方面的问题。
二、 新课教学
1、动能与势能的相互转化
（1）创设情景：列举生活中的实例（多媒体放课件），让学生试着分析在不考虑阻力的情况下，下面几种情况动能和势能是怎么转化的？猜想动能和势能的总和有何特点？
【学生活动】
学生看完每一副动画后，相互讨论，然后由学生代表发言，阐述各自的观点
【教师点评】
上面几种情况都是动能和势能相互转化，如果在不考虑阻力的情况下，动能和势能的总和保持不变。
（2）演示实验1：如图，用细线、小球、带有标尺的铁架台等做实验。把一个小球用细线悬挂起来，把小球拉到一定高度的A点，然后放开，小球在摆动过程中，记住它向右能够达到的最大高度C点。如果用尺子在某一点P挡住细线，看一看这种情况下小球所能达到的最大高度B点。
观察实验现象，回答下面问题：
1、第一次小球向右能够达到的最大高度C点与A点的高度有何关系？如果用尺子在P点挡住细线，这种情况下小球所能达到的最大高度B点和A点的高度又有何关系？
2、分析小球从A点到最低点O以及从最低点O到C点（或B点）的运动过程动能和重力势能怎样转化？这个小实验说明了什么？
【学生活动】
观察演示实验，思考问题，并选出学生代表发表见解。
1、第一次小球向右能够达到的最大高度C点与A点的高度相同，如果用尺子在P点挡住细线，这种情况下小球虽然不能到达C点，但达到的最大高度B点与A点的高度相同。
2、小球从A点到最低点O的运动过程中，重力势能减少，动能增加；从最低点O到B点的运动过程中，动能减少，重力势能增加。这个实验说明重力势能和动能的总和应该保持不变。
【教师点评】
实验证明，小球在摆动过程中重力势能和动能在不断转化。在摆动过程中，小球总能回到原来的高度。可见，重力势能和动能的总和保持不变，即机械能保持不变。
（3）、演示实验2：如图，水平方向的弹簧振子，振子静止时在C点，把振子压到A点放手后，用弹簧振子演示动能和弹性势能的相互转化。 观察实验现象，回答下面问题：
1、每次小球是否都能回到A点？
2、小球从A点到C点以及从C点到B点的运动过程中，动能和弹性势能是怎样转化的？这个小实验说明了什么？
【学生活动】
观察演示实验，思考并回答问题。
1、小球在往复运动过程中，每次小球都能回到A点.
2、小球从A点到C点的运动过程中，弹性势能减少，动能增加；从C点到B点的运动过程中，弹性势能增加，动能减少。这个实验说明弹性势能和动能的总和应该保持不变。
【教师点评】
小球在往复运动过程中弹性势能和动能在不断转化。小球在往复运动过程中总能回到原来的位置A点，可见，弹性势能和动能的总和保持不变，即机械能保持不变。
通过上述分析，我们得到动能和势能之间可以相互转化，那么在动能和势能的转化过程中，动能和势能的总和是否真的保持不变？下面我们就来定量讨论这个问题。
2、探究动能与势能转化规律
（1）创设情境（用多媒体放课件）
如图，一个质量为m的小球做自由落体运动或做平抛运动或做竖直上抛运动，经过某高度为h１的A点时速度为v１，到某高度为h2的B点时速度为v2，试分析在运动过程中小球受什么力？哪些力做功？并写出小球在A点时的机械能EA和在B点时的机械能EB，由动能定理、重力做功与重力势能变化的关系探究EA和EB的关系。
为学生创设问题情境，引导学生运用所学知识独立推导出机械能守恒定律。 让学生亲历知识的获得过程
【学生活动】
学生根据教师的引导，在练习本上进行推导，推完后相互交流意见。 教师巡视指导，及时解决学生可能遇到的困难。
（2）分析推理 教师和学生一起一步一步分析推导过程，用多媒体出示出来，让学生和自己的推导过程进行对比。
【教师总结】
在只有重力做功的物体系统内，物体的动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。同样可以证明：在只有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。
【思考与讨论】
上面三个例子小球都仅受重力，假如物体除了受重力外，还受其它力,而其它力不做功，机械能是否守恒?
例如：（投影）质量为m的物体从光滑斜面上滑下的过程 中，小球的机械能是否守恒？
【讨论与交流】
学生前后四人一组，分组讨论，讨论后选取代表发表各自的意见，进行交流。
【教师点评】
根据学生的意见，教师帮助学生总结机械能守恒定律的条件是不论物体受几个力，只要只有重力（或弹力）做功，物体的机械能就守恒。
【教师点评】
对机械能守恒定律条件的理解：
（1）、只受重力或弹力；
（2）、除受重力或弹力外，还受其它力，但其它力不做功或其它力所做功代数和为零
例题: （多媒体出示） 把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆，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？
试分析：
1、小球受哪些力的作用？
2、哪些力对小球做功？小球的机械能是否守恒？若守恒，选最低点O为零势能面，则A点的机械能和O点的机械能如何表示？由机械能守恒定律如何列方程求解？
【学生活动】
学生先独立思考，然后在练习本上做题。 教师巡视指导，及时解决学生可能遇到的困难和问题。
（学生做完后，教师用多媒体投影正确的解题过程，并讲解做题的技巧和注意事项）
【教师点评】
用机械能守恒定律解题时，先选取研究对象，再根据机械能守恒的条件判断运动过程中机械能是否守恒，若守恒，最后由机械能守恒定律列方程求解。
【思考与讨论】
你能不能直接用牛顿第二定律和运动学的公式来处理这个问题？（学生分组讨论后，由学生代表发言）
【教师点评】
应用机械能守恒定律解题的优点：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运动定律方便；应用机械能守恒定律解决问题，只需考虑运动的始、末状态，不必考虑两个状态之间过程的细节。如果直接用牛顿运动定律解决问题，往往要分析过程中各个力的作用，而这些力往往又是变化的，因此一些难以用牛顿运动定律解决的问题，应用机械能守恒定律则易于解决
知识小结：
机械能守恒定律：
（1）内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
（2）对象：相互作用的物体系统内
（3）表达式：
（4）条件：只有重力（或弹力）做功
机械能守恒定律解题的一般步骤：
（1）、根据题意选取研究对象
（2）、明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒。
（3）、恰当地选取零势能面，确定研究对象在过程中的始态或末态的机械能。 （4）、根据机械能守恒定律的不同表达式列方程求解。
板书设计：
7.8 机械能守恒定律
机械能守恒定律：
（1）内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
（2）相互作用的物体系统内
（3）表达式：
（4）条件：只有重力（或弹力）做功
机械能守恒定律解题的一般步骤：
（1）、根据题意选取研究对象
（2）、明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒。
（3）、恰当地选取零势能面，确定研究对象在过程中的始态或末态的机械能。 （4）、根据机械能守恒定律的不同表达式列方程求解。
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
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应该是系统内弹力做功机械能才守恒。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。
作业布置:
课本72页第2、3、题