课外读物名师课堂实录

《机械能守恒定律》教学设计

一、教材分析

机械能守恒定律是学生进入高中系统学习物理学后第一次遇到的守恒定律，是能量守恒定律的一个特例，是高中学生对能量转化和守恒的启蒙。能量守恒定律是自然界中的普遍定律，是认识自然、掌握自然规律的重要“工具”。能量转化和守恒思想贯穿整个高中教材，在学习本节内容之前，学生已经学习过了功、功率、动能、重力势能、弹性势能、功能关系、动能定理、重力做功与重力势能变化的关系，已经具备了从理论推导得出机械能守恒定律条件的能力。因此，通过本节内容的学习，既提供了一条解决力学问题的新途径，又可为后续课程的学习打下良好的基础。机械能守恒定律起着承前启后的作用，是必须牢固掌握的一个重要规律。

二、学情分析

学生已经在初中学习过有关机械能的基本概念，对“机械能”并不算陌生，接受起来相对轻松。通过前几节内容的学习，同学们对“机械能”这一概念较初中有了更深认识，在此基础上学习机械能守恒定律学生比较容易理解。

三、教学目标

1．知识与技能

（1）知道机械能的各种形式，能够分析动能和势能之间的相互转化。

（2）能够根据动能定理和重力做功与重力势能变化间的关系，推导出机械能守恒定律。

（3）知道机械能守恒的条件，能运用机械能守恒定律解决有关问题。

（4）会用光电门传感器和Excel表处理数据和完成实验。

2．过程和方法

利用现代化技术处理实验数据，观察、想象、推理，获得机械能守恒定律，感受理想实验方法是学习和研究物理的一种科学方法。通过对机械能守恒条件的归纳，经历在不同的现象中寻找共性的研究方法。

3．情感态度与价值观

培养学生发现和提出问题，并利用已有知识探索学习新知识的能力。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。初步树立变中有恒、能量守恒的观点。

四、教学重点和难点

重点：1.运用理想实验探究机械能守恒定律

2.理解机械能守恒定律

难点：理解机械能守恒.定律，并能灵活运用机械能守恒定律解决问题.

五、教学资源

多媒体，篮球，单摆，斜面，小车，电脑，DIS传感器，收集器

六、教学设计

机械能守恒定律是本章的重点内容，要求学生能初步掌握机械能守恒定律的内容并能用来解决一些简单问题。守恒定律在物理学理论和应用方面十分重要，不同运动形式的能量转化和守恒的思想能指引人们揭露自然规律、取得丰硕成果。但这种思想和有关的概念、规律都比较抽象，学生不易理解、掌握。机械能守恒作为普遍的能的转化与守恒的一个特例，虽然比较简单，学生要真正掌握和灵活运用也极困难。本课总体设计思想是：分两步得出机械能守恒定律，第一步是要学生理解动能与势能间可以相互转化；第二步是通过猜想、实验探究、理论推导说明在转化过程中机械能的总量是守恒的．最后通过实例分析加深学生对定律条件的理解

七、教学流程：

八、教学简案

教学过程

教师活动

学生设计活动

意图

游一、戏新课

引引入

入

用游戏引

用绳拴住一个篮球并悬挂起来，把入新篮球拉到鼻子附近，松手后篮球将向前摆去，课，接着又摆回来，你原地不动，篮球会打到你师生激发的鼻子吗？为什么？接着用手挡住绳上某一共同学生点，要学生猜想，篮球还能回到等高处吗？

完成

的兴

这样一个勇敢者的游戏可以等效为一个摆球实验，演示给

趣，学生看。（做实验）小球在来回摆动的过程中，总能到达原来的高

同时为新

课做

好准

备

让学活动一

勇敢者的游戏

生思考并

寻找学生实验猜测

度，即便我们把绳长改变，仍然能到达原来的高度。

过程通过以上的观察，我们知道了篮球、和小球能“记得”原来的位置，中的记得不是物理的语言，从物理的角度来说呢，这过程中有守恒量。

守恒让我们拭目以待吧！

量

二、

新课

教学

视频导入：

请学生观看接下来的三个视频，并从视频中找出有关的信息。

复习旧知

识，学生为学观看

习新

知识

1.

从视频中我们可以总结出，势能和动能可以相互转化；力做功的过程就是能量转化的过程这些过程中，重力做正功，重力势能减少，动能增加。物体上升，重力做负功，重力势能增加，动能减少。弹力也一样能做功。

机械能概念的引入：在物理上，我们把重力势能、弹性势能和动能统称为机械能。机械能也是能量的一种形式，它们的关系E = EK

+EP

在生活中，势能和动能相互转化的例子随处可见，在刚才的游戏和实验及视频中都有，那在势能和动能转化的过程中，机械能会有什么变化呢？（给学生展示一副物体自由落体的照片）请同学们，利用理论分析或设计实验方案来证明。

活动二

分组讨论

我们很容易建立这样一个情景，物体做自由落体运动，只受重力，在下落过程中任意两个位置。请大家同学利用学过的知识，分组讨论物体下落过程中的能量转化，功能关系？

1.展示学生的实验方案或理论推导过程

2.

详细讲解理论推导

运用动能定理W合=ΔEk，自由落体运动，只受重力，W合=WG

引导学生通过具体的实例进行理论推导分析，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).

做好铺垫

强化对机械能的概念理解

做好笔记

引导学生

从最

简单学生的运思考

动去

分析

让学生学以致用

实机械

验探能守究

恒

分析：根据动能定理，有:=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学生

完成

的变化量.取地面为参考平面，有WG=mgh1-mgh2

巩固知识的同时又探讨了新知识

由以上两式可以得到=mgh1-mgh2

移项得

+mgh2=g+mgh1

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。

师生

共同在只有重力做功的情况下，物体的动能和势能可以相互转化，而机推导

械能总量保持不变。

活动三

实验探究

物理离不开实验

实验目的：

探究物体在不同斜面上下滑的过程中机械能是否有变化？

实验原理：

实验器材：

让学生体会DIS实验

毛巾、木料斜面、小车、天平、直尺、光电门传感器、数据

采集器、电脑

请大家同学看清实验目的和实验原理，实验器材。（图片展

示，说清楚装置原理）请同学们思考，怎样

来进行操作？

实验步骤：

1.在毛巾斜面上已经找到任意的三个位置，用直尺已经测量出三个位置的高度，算出小车在这三个位置的重力势能。

2.利用光电门，当小车经过光电门时，数据采集器采集了小车通过的时间，在电脑上显示出时间。用小车的车长来除以时间，电脑就可以算出小车通过时的瞬时速度，动能，机械能。

3.接下来用不锈钢的斜面，重复第一次实验的步骤。为了使实验操作方便，我们选取的位置和第一次实验的相同，就只需要计算出小车的动能。电脑算出小车的瞬时速度，动能，机械能。

学生

通过分析两次表格的数据，你得到什么结论？

结论一：小车在斜面上下滑，机械能有损失

结论二：斜面越光滑，机械能损失得越少

1

2

3

位置

高度

h

重力势能Ep

速度v

动能Ek

机械能E

记录

填入

表格

让学

生

感受

理想实验研究物理问题的科学方法，感受理想刚才的实验中，我们选取的位置有限，也粗略的说明几个位置的机

械能情况，物理学是一门非常严谨的学科，需要更多的实验数据。

结合同学们测出的数据和老师在实验室测出的数据，为了更直观的描述实验现象，用图像来表示，位置为横坐标，以机械能为纵坐标，学生为了直观地描述实验现象，做出小车机械能随位置变化的图像。可讨论并回以用Excel做比较，请同学们观察。

答

思考：

借用理想实验的思想

1.小车在斜面上下滑过程中有哪些力对小车做了功？

2.如果斜面摩擦系数越小，图线会怎样？

实验的魅力

3.如果我们这样依次类推，当斜面光滑，你会发现什么？

利用伽利略理想实验的思想，我们推理出：

如果斜面是光滑的，就只有重力做功，那么图线就是水平的，机械能不损失，即机械能保持不变。

学生归纳

讨

论2．

归机械纳

能守恒的条件

若斜面光通过学生的回答进行引导：斜面越趋近光滑，那么图线的倾角越小师生滑，（机械能损失的越少），推导出如果斜面是光滑的，那么图线就是共同机械水平的（机械能不损失），即机械能保持不变。

推导

能不变

表述：在只有重力做功的物体系统内，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。

表达式:（1）E2=E1

（2）ΔEp减=ΔEk增(或ΔEp增=ΔEk减)

理解守恒条件：只有重力做功

（1）

物体只受重力。

师生互动思维

深刻领会物理学科的流畅性

巩固知识机械能

定律

（2）物体受重力，还受其他力，但其他力不做功；或除重力之外参与的其他的力做功的代数和为零。

活动四、应用：

并解释现一、解释勇敢者的游戏

象

请学生来解释一下“勇敢者的游戏”所蕴含的物理原理吗？

篮球在摆动过程中，我们忽略空气阻力，篮球虽受到重力，绳的拉力，拉力不做功，只有重力做功。篮球下落过程中，重力势能和动能相互转化，减小的重力势能，转化为增加的动能，总的机械能确保持不变；而篮球上升过程，刚好相反，动能和重力势能相互转化，减小的动能，转化为增加的重力势能，此消彼长，而总的机械能却保持不变。所以篮球能回到等高处，整个过程，机械能守恒。

二、图片展示（判断机械能是否守恒）

实例

1.跳伞运动员在离开飞机后的开始一段时间内降落伞没有打开，将自由下落，此时机械能守恒吗？

2.神州飞船的返回舱在返回地面的一段时间内匀速下降，此时机械的同时又探讨了新知识

能守恒吗？

3.列车进站前为什么要设置一个小小的坡度？

思维拓展：

一根轻质弹簧一端固定，机械一端系着一个小球，放在光滑能守的桌面上，小球静止于O点。

恒定手握小球把弹簧拉长，使小球律

置于A点，放手后小球便在A、B间来回运动，试分析小球、弹簧系统，有哪些力做了功，运动过程中的有哪些能量相互转化？这种情况下机械能守恒吗？

例1：下列关于机械能是否守恒的叙述正确的是(

)．

A．做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒

让学生自己思考，为下一节做好铺垫

三：课堂训练

B．做匀变速直线运动的物体的机械能可能守恒

C．合外力对物体做的功为零时，机械能一定守恒

D．只有重力对物体做功，物体的机械能一定守恒

例2：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（

）

表述：在只有重力做功的物体系统内，动能和重力势能可以相互转

四：

小结

化，而总的机械能保持不变。

表达式:（1）E2=E1

（2）ΔEp减=ΔEk增(或ΔEp增=ΔEk减)

守恒条件：只有重力做功

九、教学板书：

（一）、动能与势能的相互转化

重力做功：动能←→重力势能

弹力做功：动能←→弹性势能

（二）、机械能

1.符号：E

2.动能和势能的统称，E=EK

+EP

（三）、机械能守恒定律

1.理论推导：

2.机械能守恒定律：

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

（四）、机械能守恒定律的条件

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

十、教学反思

本节知识点包括：机械能守恒定律的推导；机械能守恒定律的含义和适用条件。

机械能守恒定律是本章教学的重点内容，本节教学的重点是使学生掌握物体系统机械能守恒的条件；能够正确分析物体系统所具有的机械能；分析物体系统所具有的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能，是本节学习的难点之一。在教学中应让学生认识到，物体重力势能大小与所选取的参考平面（零势面）有关；而重力势能的变化量是与所选取的参考平面无关的。在讨论物体系统的机械能时，应先确定参考平面。思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。