本章小结课堂实录

4.5

机械能守恒定律

教学重点

1.机械能守恒的条件. 2.在具体的问题中能判定机械能是否守恒,并能列出数学表达式. 3. 理解实验的设计思路，明确实验中需要测量的物理量。

教学难点

1.判断机械能是否守恒. 2.灵活运用机械能守恒定律解决问题. 3.验证机械能守恒定律的实验原理。

三维目标

知识与技能

1.理解动能与势能的相互转化. 2.掌握机械能守恒定律的表达式

过程与方法

1.经过机械能守恒定律的实际应用，进一步理解机械能守恒的条件. 情感态度与价值观

2.培养理论联系实际的思想，通过规律、理论的学习，培养学以致用的思想. 课前准备

1.自制课件、学案. 2.麦克斯韦滚摆、单摆、弹簧振子. 教学过程

导入新课

影片导入

课件展示翻滚过山车的精彩片断，激发学生学习的兴趣，引出本节课的学习内容.

在学生观看过山车的同时,教师提醒学生分析过山车在运行过程中动能和势能的变化情况.

游戏导入

教师利用事先准备好的演示器材，请两个同学配合，指导他们完成一个小游戏，让同学们认真观察并思考游戏里面的科学道理. 器材：细线、小钢球、铁架台. 演示过程：将小钢球机固定在细线的一端，细线的另一端系在铁架台上，使小球与细线形成一个摆.让一个同学靠近铁架台，头稍低，另一同学把小球由该同学的鼻子处释放，小球摆动过程中能否碰到该同学的鼻子，提醒注意安全，并思考里面的科学道理.如左下图.

实验导入

如右上图所示，悬挂单摆的铁架台上增加一个横杆P和一把水平放置的尺子AB，实验时①调整横杆P的高度,观察小球摆动的情况；②调整水平尺子的高度使小球从不同位置摆动，观察小球摆动的情况.将各次实验现象进行概括，思考这些现象说明什么问题.也可以将单摆悬挂在小黑板上，然后在小黑板上画上若干条水平横线，手持短尺替代横杆. 推进新课

一、动能和势能的转化规律

1.动能和势能的转化

前面我们学习了动能、势能和机械能的知识.在初中学习时我们就了解到，在一定条件下，物体的动能与势能(包括重力势能和弹性势能)可以相互转化，动能与势能相互转化的例子在生活中非常多，请同学们举出生活中的例子来说明动能与势能的相互转化. 参考：1.从树上掉下的苹果（势能向动能转化）；

2.自行车猛蹬几下自由冲上斜坡（动能向势能转化）；

3.拉弓射箭（势能向动能转化）

4.运动会上撑竿跳高运动员在跳起的过程中（人的动能转化为杆的弹性势能,后杆的弹性势能转化为人的重力势能）. 实验演示：依次演示麦克斯韦滚摆、单摆和弹簧振子，提醒学生注意观察物体运动中动能、势能的变化情况，即转化过程中物理量的具体变化.

通过观察演示实验，学生回答物体运动中动能、势能变化情况. 教师小结：物体运动过程中，随着动能的增大，物体的势能减小；反之，随着动能的减小，物体的势能增大. 学生通过实例感受、实验演示，切实感受到机械能的两种形式（动能与势能）之间可以相互转化.而且，转化过程中有力做功. 重力做功：动能←→重力势能

弹力做功：动能←→弹性势能. 2.机械能守恒定律

问题：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？

引导学生通过具体的实例进行理论推导分析.先考虑只有重力对物体做功的理想情况.

情境设置：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(引导学生思考分析). 分析：根据动能定理，有:112mv2mv12

= WG

22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

112mv2mv12= mgh1 - mgh2 221122移项得mv2+mgh2=mv1g + mgh1

22由以上两式可以得到引导学生分析讨论上面表达式的物理意义：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. 问题：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？引导学生自己推导竖直上抛、平抛的过程是否成立. 引导学生关注在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.

思维拓展

在只有弹力做功的牨体系统内呢？

课件展示：展示弹簧振子（由于弹簧振子概念学生还没有接触，教师可以不提弹簧振子的概念）的运动情况，分析物理过程.

教师设疑：在只有重力做功的情况下，机械能是守恒的；同样作为机械能组成部分的势能，是否在只有弹力做功的情况下，机械能也能守恒呢？

学生在推导过程中可能会存在一定的困难，教师适当加以辅助推导.对弹簧与小球的运动过程简要分析，得到动能与势能的转化关系，并明确：在只有弹力对物体做功时物体的机械能守恒.

通过上面只有重力做功与只有弹力做功两个部分的推导，师生总结机械能守恒定律的内容：

在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变.

表达式：Ek2 + Ep2 = Ep1 + Ek1

教师引导学生理解表达式中各量的物理意义，并回顾机械能守恒定律推导过程，加深认识. 3.机械能守恒定律的条件

思维拓展

通过以上内容的学习，我们理解了机械能守恒定律的表达式，但真正应用到解题过程还是有限制的.

大屏幕投影机械能守恒定律的内容，并用不同颜色展示“在只有重力或弹力做功的物体系统内”，突出强调守恒的受力前提.引导学生自己总结守恒的条件.

有的学生认为守恒条件应该是只受重力或弹力;

有的学生认为守恒条件应该是只有重力或弹力做功.

在肯定两位学生认真思考的基础上，教师质疑两位学生的意见，激发他们思考的积极性：两位同学说的有什么不同吗？

学生讨论：只有重力或弹力做功，还包含这样的意思：可能还受其他力，但其他力不做功. 思维追踪：机械能守恒定律的条件应该怎样表述呢？举例说明. 学生总结：机械能守恒定律的条件可以表述为: 1.只受重力（弹力），不受其他力.如自由落体的物体.

2.除重力（弹力）以外还有其他力，但其他力都不做功.如做单摆运动的物体. 二、机械能守恒定律的应用

例题

在距离地面20 m高处,以15 m/s的初速度水平抛出一小球，不计空气阻力，取g=10 m/s2，求小球落地速度大小. 引导学生思考分析，提出问题：

1.前面学习过应用运动合成与分解的方法处理平抛运动，现在能否应用机械能守恒定律解决这类问题？

2.小球抛出后至落地之前的运动过程中，是否满足机械能守恒的条件？如何应用机械能守恒定律解决问题？

3.归纳学生分析的结果，明确：小球下落过程中，只有重力对小球做功，满足机械能守恒条件，可以用机械能守恒定律求解；应用机械能守恒定律时，应明确所选取的运动过程，明确初、末状态小球所具有的机械能. 取地面为参考平面，抛出时小球具有的重力势能Ep1 = mgh，动能为Ek1=1mv02.落地时,小球21 2的重力势能Ep2=0,动能为Ek2=mv. 2根据机械能守恒定律,有E1 = E2,即mgh +211mv02 =mv 2

222落地时小球的速度大小为v =v02gh=15+21020 m/s= 25 m/s. 课堂训练

1.如图所示，下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其中图A、B、C中的斜面是光滑的，图D中的斜面是粗糙的，图A、B中的F为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图A、B、D中的木块向下运动，图C中的木块向上运动.在这四个图所示的运动过程中机械能守恒的是（

）

2.长为L的均匀链条放在光滑的水平桌面上，且使其长度的1/4垂在桌边，如图所示.松手后链条从静止开始沿桌边下滑，则链条滑至刚刚离开桌边时的速度大小为多大？

课堂小结

1.在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的机械能总量不变. 2.应用机械能守恒定律的解题步骤

(1)确定研究对象; (2)对研究对象进行正确的受力分析; (3)判断各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件; (4)视解题方便选取零势能参考平面，并确定研究对象在始、末状态时的机械能; (5)根据机械能守恒定律列出方程，或再辅之以其他方程，进行求解. 3.验证机械能守恒定律

布置作业

1.教材第1、3、4题. 2.观察记录生活中其他的物理情景，判断其是否符合机械能守恒定律.

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