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1、“机械能能守恒”教学设设计义乌中学学物理组组 王王树民【教材分分析】机械能守守恒定律律一节的的内容与与本章的的各节内内容有紧紧密的逻逻辑关系系，是全全章知识识链中重重要的一一环，机机械能守守恒定律律的探究究建立在在前面所所学知识识的基础础上，而而机械能能守恒定定律又是是普遍的的能量守守恒定律律的一种种特殊情情况，教教材通过过“做一做做”小实验验展示了了与探究究守恒量量的联系系，通过过多个具具体实例例，先猜猜测动能能和势能能的相互互转化的的关系，引引出对机械能能守恒定定律及守守恒条件件的探究究，联系系重力势势能和重重力做功功及弹性性势能与与弹力做做功的关关系的学学习，由由定性分分析到定定量计算算
2、，逐步步深入，最最后得出出结论，并并通过应应用使学学生领会会定律在在解决实实际问题题时的优优越性。在教学设计时，要根据教材内在的逻辑关系和学生认知的发展规律来设计教学活动的基本流程，力求达到最优化的组合。本设计力力图通过过生活实实例和物物理实验验,展示示相关情情景，激激发学生生的求知知欲，引引出对机机械能守守恒定律律的探究究,体现现从“生活走走向物理理”的理念念,通过过建立物物理模型型,由浅浅入深进进行探究究,让学学生领会会科学的的研究方方法,并并通过规规律应用用巩固知知识,体体会物理理规律对对生活实实践的作作用。【教学目目的】知识与与技能1、知道道什么是是机械能能，理解解物体的的动能和和势能
3、可可以相互互转化；2、理解解机械能能守恒定定律的内内容和适用条件件；3、会判判定具体体问题中中机械能能是否守守恒，能能运用机机械能守守恒定律律分析实际际问题过程与与方法1、学习习从物理理现象分分析、推推导机械械能守恒恒定律及及适用条条件的研研究方法法2、初步步掌握运运用能量量转化和和守恒来来解释物物理现象象及分析析问题的的方法。情感、态态度与价价值观体会科学学探究中中的守恒恒思想，养成探究究自然规规律的科科学态度度，领悟悟机械能能守恒规规律解决决问题的的优点，形成科科学价值值观。【教学重重点】1、机械械能守恒恒定律的的推导与与建立，以以及机械械能守恒恒定律含含义的理理解；2、机械械能守恒恒定律
4、的的条件和和机械能能守恒定定律的实实际应用用。【教学难难点】1、机械械能守恒恒的条件件及对机机械能守守恒定律律的理解解。2、能正正确分析析物体系系统内所所具有的的机械能能，判断断研究对对象在所所经历的的过程中中机械能能是否守守恒。【教学器器材】钢球、细细线、小小球、钉钉子，铁铁架台、弹弹簧振子子,气垫垫导轨等等。【教学过过程】一、导入入新课1、提出出课题机械能能守恒定定律。（板书书）2、力做做功的过过程也是是能量从从一种形形式转化化为另一一种形式式的过程程，物体体的动能能和势能能总和称称为机械械能，例例举：通通过重力力或弹力力做功，动能与势能相互转化。（展示图片和视频）瀑布（自由落体）：重力势
5、能动能荡秋千：动能重力势能过山车：动能重力势能动能撑杆跳高动能弹性势能、重力势能动能分析上述述各个过过程中能能量转换换及重力、弹弹力做功功的情况况。实验1：（激疑疑）钢球用用细绳悬悬起，请请一同学学靠近，将将钢球偏偏至同学学鼻子处处释放，摆摆回时，观察该同学反应。释放钢球球后，学生联联系到伽伽利略理理想实验验中的判判断，认认识到若若无空气气阻力，应应该摆到到等高处处，不会会碰到鼻鼻子。乙甲ABCA二、新课课教学1、探究究守恒量量实验2：将小钢球用细线悬挂一端端固定在在的小黑黑板上部部，让小球摆摆动，通通过实验验发现，小小球可以以摆到跟跟释放点等等高处，再再用一钉钉子固定定在小黑黑板上某某点挡住
6、细细线，再再观察，发发现仍等等高。引导学生生讨论探究究摆动中中能量转转换，分分析实验验现象所所展示的的能量转转化特点点，实验验1和实实验2中中小球在在摆动过过程中通通过重力力做功，势势能与动动能互相相转换：重力做正正功，重重力势能能减少，动动能增加加；重力做负负功，重重力势能能增加，动动能减少少。小球摆动动过程中中总能回回到原来来高度，好好像“记得”自己原原来的高高度，说说明在摆摆动过程程中有一一个物理理量是保保持不变变的，是是什么呢呢？重力势能能与动能能的总和和保持不不变，也就是是机械能能保持不不变。实验3：将小黑黑板倾斜斜，让小小钢球靠着着黑板运运动，观观察现象象。小黑板板不倾斜斜，将小小
7、钢球换成成泡沫球球再做，观观察现象象。小球有时时能摆到到原来的的高度，有有时不能能摆到原原来的高高度。2、探究究规律，并找出机械能不变的条件。h1h2ABv1v2提出研究究方法：在探究究物理规规律时，应应该是由由简单到到复杂，逐逐步深入入，先对对简单的的物理现现象进行行探究，然然后加以以推广深深化。在在动能与与势能转转化的情情景中，自自由落体体（只受受重力）应应该是比比较简单单的。只受重重力作用用分析引导学生生自主探探究，不不失一般般性，设设下落过过程中经过高度度h1的A点点速度vv1，高度h2的B点点时速度度为v2，由同学用用学习过过的知识识（牛顿定定律或动动能定理理），分分析下落过程中中A
8、、BB两位置置的机械械能之间间的数量量关系。A点到BB点，WWG=mv22-mv12=EK2-EK1由重力做做功和重重力势能能变化的的关系有有WG=mmgh11-mghh2=EP1-EP2得到EKK2-EK1=EP1-EP2移项后，得得EP1+EK1=EP2+EK2 即 EE1=E2引导学生生讨论式式的含义义是什么么？式的含义义又是什什么？在表达式式中左边边是物体体动能的的增加量量，右边边是物体体重力势势能减少少量，该该表达式式说明：物体在在下落过过程中，重重力做了了多少正正功，物物体的重重力势能能就减小小多少，同同时物体体的动能能就增加加多少。在表达式中，左边是物体在末位置时的机械能，右边是
9、物体在初位置时的机械能，该式表示：动能和势能之和即总的机械能保持不变。只有重重力做功功分析上述结论论是在运运动过程程只受重重力作用用的时候候得到的的，如果果物体是是沿光滑滑斜面下下滑，上上述结论成立立吗？（由同学推导，分析）沿光滑斜斜面下滑滑过程中中，斜面面的弹力力不做功功，由动动能定理理分析，通通过重力力做功，使使重力势能转化化为动能能，总的的机械能能保持不不变。如果物体体沿光滑滑曲面滑滑下，怎怎么分析析？由学生通通过重力力势能的的分析中中将曲面面看成无无数个小小斜面的的处理方方法，得得出结论论。小结：在在只有重重力做功功的情形形下，不不论物体体做直线线运动还还是曲线线运动，总总的机械械能保
10、持持不变。进一步分分析实验验2，摆摆球摆动动过程受受重力与与细线拉拉力，两两拉力方方向始终终与运动动方向垂垂直，不不做功，则则上式推推导过程程及结论论都相同同。分析守守恒条件件分析讨论论：泡沫球球实验和和黑板倾倾斜后球球不能摆摆到等高高处的原原因。泡沫球受受到的阻阻力不能能忽略，前前面的推推导过程程中W=WG+Wf，EP1+EK1EP2+EK2，从能量转转化角度度看，有有机械能能转化为为热能，所所以机械械能将不不断减少少。通过实验验和理论论推导的的证明：只有重重力做功功时，物物体系统统内的机机械能守守恒。（此处应应说明：重力势势能是物物体和地地球组成成的系统统具有的的）只有弹弹力做功功分析提出
11、问题题：势能能包括重重力势能能和弹性性势能，只只有弹力力做功时时，机械械能与守守恒吗？NABCGF实验4：气垫导导轨上的的水平弹弹簧振子子，观察察振动过过程。由同学讨讨论振动动过程的的能量转转化和实实验结论论，结合合前面已经探探究过的的弹力做做功与弹弹性势能能的关系系，类比比重力做做功，进行行分析。WF= EK2-EK1又WF= EP1-EP2=EK2-EK1则EP11+EK1=EP2+EK2结论：只只有弹力力做功时时，系统统机械能能守恒系统内内只有重重力和弹弹力做功功分析实验5：竖直弹弹簧振子子的振动动，观察察现象，作作出分析析。共同分析析，得出出结论（板书）：分析守守恒条件件，归纳结结论在
12、只有重重力和弹弹力做功功的物体体系统内内，动能能和势能能可以互互相转化化，而总总的机械械能保持持不变引导学学生分析析结论，加加深理解解：“在只有有重力和和弹力做做功的物物体系统统内”是机械械能守恒恒的条件件“而总的的机械能能保持不不变”是结论论“动能和和势能可可以互相相转化”是系统统内重力力或弹力力做功的的结果。从能量转化角度看，机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律的一种特殊情况。条件：系系统内只只有重力力（或弹弹力）做做功。公式：EEP1+EK1=EP2+EK2 （E1=E2）（板书）共同分分析书本本中的思思考与讨讨论：一小球在在真空中中下落，有有一质量量相同的的小球在在粘滞性性较大的的液体中
13、中匀速下下落，它它们都因高度为为h1的地方方下落到到h2的地方方，在两两种情况况下，重重力所做做的功相相等吗？重力势势能各转转化为什什么形式式的能？机械能能守恒吗吗？三、巩固固应用：指导学生生对规律律探究过过程进行行归纳小小结，然然后针对对性地加加以巩固固应用。例1：分分析下列列情况下下机械能能是否守守恒？A跳伞伞运动员员从空中中匀速下下落过程程B物体体以8mm/s2在空中中下落过过程C物体体作平抛抛运动过过程D物体体在细线线拉力作作用下沿沿光滑斜斜面上滑滑过程例2：下下列情况况中，物物体的机机械能有有可能不不变的是是A物体体所受合合外力为为零，重重力对物物体做正正功B物体体所受合合外力为为零
14、，重重力对物物体做负负功C物体体以5mm/s2的加速速度做直直线运动动D物体体以不变变的速率率在竖直直平面内内做曲线线运动通过以上上两例具具体问题题，巩固固对机械械能守恒恒条件的的理解和和掌握。例1中D选项用意是让学生清楚楚应该是是系统内内弹力做功功机械能能才守恒恒。例2各各选项的目目的是让让学生能能联系各各种实际际的运动动情景进进行分析析。例3：把把一个小小球用细细绳悬挂挂起来，就就成为一一个摆（如如图），摆摆长为ll ,最最大偏角角为。小球球运动到到最低位位置时的的速度是是多大？分析：这这个问题题直接用用牛顿第第二定律律和运动动学的公公式来处处理，需需要用高高等数学学。通过过前面的的分析，
15、我我们知道道小球在在摆动过过程中机机械能守守恒，可可以用机机械能守守恒定律律求解。AlCO解：（略略）（对学生生的回答答进行评评价、修修正，让让学生认认识到，物物体重力力势能大小与所所选取的的参考平平面（零零势面）有有关；而而重力势势能的变变化量是是与所选选取的参参考平面面无关的。在讨讨论物体体系统的的机械能能时，应应先确定定参考平平面。）在应用的的基础上上，归纳使用用机械能能守恒定定律解题题的一般般步骤：、受力力分析，判判断是否否符合机机械能守守恒定律律的条件件只有有重力或或弹力做做功；、列出出初、末末两个状状态的机机械能（E1、E2）；、根据据机械能能守恒定定律列出出等式求求解（E1E2）
16、。设问： 你能不不能直接接用牛顿顿第二定定律和运运动学的的公式来来处理这这个问题题 ？通过设问问让学生生了解机机械能守守恒定律律解决问问题时的的优越性性。高中中阶段无无法用牛牛顿第二二定律和和运动学学的公式式解决机机械能守守恒定律律不涉及及运动过过程中的的加速度度和时间间，用它它来处理理问题要要比牛顿顿定律方方便；应应用机械械能守恒恒定律解解决问题题，只需需考虑运运动的始始末状态态，不必必考虑两两个状态态之间过过程的细细节。如如果直接接用牛顿顿运动定定律解决决问题，往往往要分分析过程程中各个个力的作作用，而而这些力力往往又又是变化化的，因因此一些些难以用用牛顿运运动定律律解决的的问题，应应用机械械能守恒恒定律则则易于解解决。四、小结结，布置置作业