8.4机械能守恒定律-教学设计--高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.docx

课题：机械能守恒定律教学设计部别： 高中 年级： 高一 班级： 组别： 物理 教师： 日期：202 年 月 日 第 节 一、课标要求与解读【课标要求】理解机械能守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。能用机械能守恒定律分析生产生活中的问题。【课标解读】1.通过伽利略理想斜面实验、单摆实验,体会追寻守恒量的过程和方法,使学生领会寻找守恒量是科学研究的重要思想和方法,树立辩证唯物主义认识论.2.通过对生活中数量守恒、质量守恒的例子分析,培养学生类比能力和知识迁移能力.3.知道机械能的各种形式,能够分析动能与势能(包括弹性势能)之间相互转化的问题.4.会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒,运用机械能守恒定律解决有关问题。二、教学内容与分析【教材分析】“追寻守恒量能量”的定位很重要,既不是讲能量守恒定律,也不是讲人们发现能量守恒定律的历史,主要是让学生感受和体会对于守恒量的认识和探究过程.通过教学使学生初步树立能量转化与守恒的观点,同时通过展示自然、生活和生产中的例子,使学生认识到能量转化与守恒的普遍性.意在启迪学生,在学生心中埋下物理守恒思想的种子.对于机械能守恒定律,根据新课标的要求,要让学生掌握规律,同时还要引导学生积极主动学习,贯彻“学为主体,教为主导”的教学思想.让学生通过对生活实例和物理实验的观察,产生求知欲,主动探究机械能守恒定律的规律。【学情分析】对于高一年级的学生,虽然他们已经在初中学过动能、势能和能量等概念,但对能量没有完整的知识网络,尤其对守恒思想的认识不够深刻,用能量的方法分析问题还不太清楚,通过本节课的教学帮助学生逐步地建立这种思想.在机械能守恒条件的处理上,建议通过“启发法、演示实验法、举例法、归纳法、演绎推导法”让学生分析受力情况及物理情景,分析物体运动时发生动能和势能相互转化时什么力做功.从感知认识上升到理论,从而形成物理概念,通过理论推导得出物理规律;培养学生的观察、分析、归纳问题的能力和利用数学进行演绎推导的能力。三、核心素养物理观念：首先从概念的角度出发，明确什么是机械能，在机械能守恒的情况下重力势能与动能之间是相互转化的，构建能量观念。科学思维：通过纸带和打点计时器找到重力势能的减少量与动能增加量之间的关系，从而验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法。科学探究：运用动能定理推导机械能守恒定律，体会做功在能量转化过程的用途。科学态度与责任：通过机械能守恒的教学，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。四、教学重点与难点【教学重点】1.认识追寻守恒量的重要性;体会追寻守恒量过程中的操作要点.2.掌握机械能守恒定律的建立、推导过程,理解机械能守恒定律的内容.3.在具体问题中能判断机械能是否守恒,并能列出定律的数学表达式。【教学难点】1.在追寻守恒量中发现“此消彼长”的现象,进而揭示不变量.2.从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒定律的条件.3.能正确判断研究对象在所经历过程中机械能是否守恒。五、教学方法讲授、讨论、谈话、练习六、教学准备多媒体课件七、课时安排2课时八、教学过程教学过程教学环节师生活动导入新课演示实验将一个小铁球用细绳悬挂在天花板上,让一个勇敢的学生将小铁球拉到鼻尖处静止释放,其他学生观察小铁球的运动情况以及在小铁球摆回来时该学生的反应.教师:请同学们描述一下本次的实验现象.学生:当小铁球摆回来时,无论下面的观察者还是讲台上的“勇敢者”都很害怕铁球运动回来砸到他的鼻子.但是小铁球却在鼻尖附近戛然而止,参与者安然无恙.教师:小铁球在摆动过程中,参加游戏的同学是安全的,为什么小铁球最终没有碰到这位同学的鼻子?学生:在小铁球运动过程中,忽略空气阻力影响下,小铁球的动能和势能相互转化,机械能守恒,小铁球摆回来的最高点不会超过起始高度.由于空气阻力的影响,小铁球摆回来的高度肯定没有原来的高度高,因此,参与游戏的同学是安全的.教师点评:其实小铁球是“注定”不会碰到我们同学的鼻子的,为什么呢?学了这节课我们就知道怎么专业地解释这个现象了讲授新课1.追寻守恒量教师:(课件展示)同学们课件上展示的是伽利略理想斜面实验的图片,请同学们仔细阅读教材89页的“问题”后,回答下列问题.学生:阅读教材,独立思考后分小组交流讨论总结各自的心得.教师:当小球沿斜面从高处由静止滚下时,小球的高度不断减小,而速度不断增大,这说明了什么?学生:小球凭借其位置而具有的某一物理量在不断减小,由于其运动而具有的某一物理量在不断增大.教师:当小球从斜面底沿另一斜面向上滚时,小球的位置不断升高,而速度不断减小,这说明了什么?学生:小球凭借其位置而具有的某一物理量在不断增加,由于其运动而具有的某一物理量在不断减小.教师:继续展示课件,通过计算机调整斜面倾角,引导同学观察小球运动,指导学生用自己的语言描述看到的现象,改变倾角再看.学生交流讨论总结得出结论.学生:小球每次好像都“记得”自己的起始高度,到斜面的另一边,总要达到原来的高度.教师点评:通过这个过程说明了小球凭借其位置而具有的某一物理量与其运动而具有的某一物理量在运动过程中是相互转化的,而其总量是保持不变的.我们把这个“总量”称之为“能量”或“能”,而把“物体由于位置而具有的某一物理量”称为“势能”,把“物体由于运动而具有的某一物理量”称为“动能”.案例分析一 古代战争中常用滚木和礌石作为武器来阻止敌人的进攻,你能利用所学的知识说明其中的科学道理吗?这种战术适用于哪种情况?怎样才能使杀伤力更大?学生先独立思考,然后分小组讨论交流总结得出答案.回答:滚木和礌石的重力势能转化为动能,利用其动能来杀伤敌人;这种战术适用于居高防守.提高其高度增大其质量才能有更大的杀伤力.归纳总结(1)在伽利略理想斜面实验中“有某一量是守恒的”,我们把这个量叫作能量或能.(2)“物体由于位置而具有的某一物理量”称为“势能”,“物体由于运动而具有的某一物理量”称为“动能”.巩固练习 在伽利略的斜面实验中,小球停下来的高度为h1,与它出发时的高度h2相同,我们把这一事实说成是“某个量守恒”,下面说法中正确的是(D)A.小球在运动的过程中速度是守恒的B.小球在运动的过程中高度是守恒的C.小球在运动的过程中动能是守恒的D.小球在运动的过程中能量是守恒的解析:伽利略的斜面实验中,小球的速度、高度、动能都随时间变化,而能量恒定不变,故D正确.2.动能与势能的相互转化教师:现在大家看这样几个例子,分析各个物体在运动过程中能量的转化情况.例1:悬崖上的石头风化后掉落.例2:小物块沿光滑的斜面上滑.例3:将小物块竖直向上抛起.教师:我们先来看自由落体运动的物体,自由落体运动是一种最简单的加速运动,在这个运动过程中能量的转化情况是怎样的?学生:在自由落体运动中,物体在下落的过程中速度不断增大,动能是增加的;而随着高度的减小,物体的重力势能是减少的.教师:在竖直上抛运动的过程中,能量的转化情况又是怎样的?学生:竖直上抛运动可以分成两个阶段,一个是上升过程的减速阶段,一个是下落过程的加速阶段,下落过程的加速阶段能量的转化过程和自由落体运动中能量的转化过程是一样的,动能增加,重力势能减少,因为这个阶段的运动实质上就是自由落体运动.在上升过程中,物体的动能减少,重力势能增加.* 教师:物体沿光滑斜面上滑,在运动过程中受到几个力,有几个力做功,做功的情况又是怎么样的?学生:在物体沿光滑的斜面上滑时,物体受到两个力的作用,其中包括物体受到的重力和斜面对它的支持力,这两个力中重力对物体做负功,支持力的方向始终和物体运动方向垂直,所以支持力不做功.教师:我们下面再看这样一个例子:案例分析二 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,重力势能和动能相互转化.我们看到,小球可以摆到跟A点等高的C点,如图(甲).如果用尺子在某一点挡住细线,小球仍能达到跟A点相同的高度,如图(乙).教师:在这个小实验中,小球的受力情况如何?各个力的做功情况如何?这个小实验说明了什么问题?学生:小球在摆动过程中受重力和绳的拉力作用.拉力和速度方向总垂直,对小球不做功,只有重力对小球做功.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不变.教师:上面几个例子都是说明动能和重力势能之间的相互转化,那么动能和另外一个势能弹性势能之间的关系又是什么呢?我们看下面一个演示实验.课堂探究如图,水平方向的弹簧振子.用弹簧振子演示动能和弹性势能的相互转化.教师:在这个小实验中,小球的受力情况如何?各个力的做功情况如何?这个小实验说明了什么?(学生观察演示实验,思考问题,选出代表发表见解)学生1:小球在往复运动过程中,竖直方向上受重力和杆的支持力作用,水平方向上受弹力作用.重力、支持力和速度方向总垂直,对小球不做功;只有弹簧的弹力对小球做功.学生2:实验证明,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,可见,弹性势能和动能的总和应该不变.教师:动能和重力势能的总和或者动能和弹性势能的总和叫作什么能量?学生:动能、重力势能和弹性势能的总和叫作机械能.教师:上述几个例子中,系统的机械能的变化情况是怎样的?学生:虽然动能不断地变化,势能也不断地变化,它们的变化应该存在一个规律,即总的机械能是不变的.归纳总结(1)重力势能与动能:物体自由下落或沿光滑斜面下滑时,重力对物体做正功,物体的重力势能减少,动能增加,重力势能转化成了动能.(2)弹性势能与动能:被压缩的弹簧具有弹性势能,弹簧恢复原来形状的过程,弹力做正功,弹性势能减少,被弹出的物体的动能增加,弹性势能转化为动能.(3)机械能.重力势能、弹性势能和动能的总称,通过重力或弹力做功,机械能可以从一种形式转化成另一种形式.巩固练习 (多选)如果我们把相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫作势能,把物体由于运动而具有的能量称为动能,那么,伽利略的斜面实验可以给我们一个启示,下列关于这个启示正确的是(CD)A.小球在斜面上运动时,小球离地面的高度减小,速度增加,小球的速度是由高度转变而来的B.小球在斜面上运动时,小球离地面的高度增加,速度减小,小球的高度是由速度转变而来的C.小球在斜面上运动时,小球离地面的高度减小,速度增加,小球的动能是由势能转变而来的D.小球在斜面上运动时,小球离地面的高度增加,速度减小,小球的势能是由动能转变而来的解析:在斜面上运动的小球,首先由势能转化为动能,达到最低点时,势能为零,动能达到最大,在上升时,动能逐渐减小,势能逐渐增大,动能又转化为势能.在小球运动过程中,小球的机械能总量保持不变.* 3.机械能守恒定律教师:动能和势能的相互转化是否存在某种定量的关系呢?上述各运动过程中,物体的机械能是否变化呢?下面我们分析一个案例.案例分析三 质量为m的物体自由下落过程中,经过高度h1处速度为v1,下落至高度h2处速度为v2,不计空气阻力,分析由h1下落到h2过程中机械能的变化.只考虑只有重力对物体做功的理想情况,同学们通过这个具体的实例进行一下理论推导.学生先自己思考推导,然后分小组讨论各自的推导过程,得出正确的推导结果.推导过程:学生:根据动能定理m-m=WG下落过程中重力对物体做功,重力做功在数值上等于物体重力势能的变化量.取地面为参考平面,有WG=mgh1-mgh2由以上两式可以得到m-m=mgh1-mgh2移项得m+mgh2=m+mgh1教师:请学生分析讨论一下上面表达式的物理意义.学生展开讨论学生:等号的左侧表示末态的机械能,等号的右侧表示初态的机械能,表达式表明初态跟末态的机械能相等.即在小球下落的过程中,重力势能减小,动能增加,减小的重力势能转化为动能.教师:此表达式具有普遍意义吗?还是仅在只受重力的自由落体运动中成立?请同学们自己推导一下在竖直上抛、平抛的过程中此表达式是否成立?学生依据刚才的推导过程尝试着自己推导竖直上抛、平抛的过程,得出结论.学生:成立.教师:根据上述过程中物体的受力情况可以证明,在只有重力做功的情况下,物体动能和势能可以相互转化,而机械能总量保持不变,此表达式具有普遍意义.归纳总结(1)机械能守恒定律:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以互相转化,而总的机械能保持不变.(2)守恒定律表达式:Ek2-Ek1=Ep1-Ep2即=Ek2+Ep2=Ek1+Ep1.E2=E1.(3)守衡条件:只有重力或弹力做功.课堂探究蹦极运动是一项极刺激的极限运动,它让参与者既能体会到自由下落的快感,又能感受失重、超重状态下的美妙,请思考以下问题:(1)人跳离高台后开始下落,若忽略空气阻力,弹性绳伸直以前,人的机械能是否守恒?(2)弹性绳逐渐伸长的过程中,人的机械能是否守恒?人与弹性绳总的机械能是否守恒?学生先自己独立思考,然后分小组讨论得出答案.学生回答:(1)忽略空气阻力,弹性绳伸直以前,人的机械能守恒.(2)弹性绳伸长时,人的机械能不守恒,人与弹性绳总的机械能守恒.教师点评:只取人为研究对象时,机械能不守恒;取人与弹性绳整体为研究对象时,机械能守恒.因此在做机械能守恒题目时要注意研究对象的选取.归纳总结(1)在只有重力做功的物体系统内,动能和势能可以互相转化,而总的机械能保持不变.(2)在只有弹力做功的物体系统内,动能与弹性势能可以相互转化,而总的机械能保持不变.* 巩固练习 如图,质量为m的苹果,从离地面H高的树上由静止开始落下,树下有一深度为h的坑.若以地面为零势能参考平面,则苹果落到坑底时的机械能为(不计空气阻力)(B)A.-mghB.mgHC.mg(H+h)D.mg(H-h)解析:苹果下落过程中机械能守恒,开始下落时其机械能为E=mgH,落到坑底时机械能仍为mgH课堂小结1.机械能重力势能、弹性势能与动能统称为机械能。2.机械能守恒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。3. 表达式: EK1 + EP1 = EK2 + EP2 或E1E24.守恒条件:物体系统内只有重力或弹力做功(其他力不做功)。梳理自己本节所学知识进行交流根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。九、板书设计一、追寻守恒量二、动能与势能的相互转化重力势能与动能相互转化；弹性势能与动能相互转化三、机械能守恒定律1.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: EK1 + EP1 = EK2 + EP2 或E1E23.守恒条件:物体系统内只有重力或弹力做功(其他力不做功)。十、教学反思学科网（北京）股份有限公司