机械能守恒定律课堂教学设计

1《机械能守恒定律》课堂教学设计金华市汤溪高级中学高波教材：全日制普通高级中学教科书（必修）第一册第七章第六节教学时间：一课时教学目标：本节课教学目标分为以下三个层次：一、知识目标：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、理解机械能守恒定律的内容。3、在具体问题中，能判定机械能是否守恒。二、能力目标：1、学会在具体的问题中判这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，分析问题。三、德育目标：通过能量守恒的教学，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。教学重点：1、理解机械能守恒定律的内容。2、在具体问题中能判定机械能是否守恒，并能列出定律的数学表达式。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、能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。教学用具：打点计时器、电源、纸带、刻度尺、重锤、导线、单摆、弹簧振子、气垫导轨教学过程：一、体育运动中的物理现象多媒体播放：片段1：奥运会跳水项目田亮夺冠视频片段2：跳伞视频片段3：蹦极运动视频提问：①在上述运动中，有哪些力参与做功？②在上述运动中，有哪些能量参与转化？设计思想：通过体育运动中的一些物理现象复习功、动能、重力势能和弹性势能的概念，并引入课题，唤起学生的注意力，通过田亮夺冠镜头激发学生的爱国热情。提出机械能的概念。二、规律探究的过程实验设计：将跳水运动员理想化为质点，将跳水运动理想化为自由落体运动，研究自由落体运动中的动能增加量和重力势能减少量。提问：①如何确定动能的增量？生：自由落体初速度为零，初动能为零，只需测出另一点的速度，即可确定动能的增量。②如何测量某点的速度？生：利用纸带打点，根据在匀变速直线运动中，某段时间的平均速度等于中间时刻的即时速度可测。③如何确定重力势能的减少量？生：测出物体下落的高度。实验演示：应用学生实验“验证机械能守恒定律”的实验装置（如图1），请学生上台演示，让重锤做自由落体运动。得到若干条纸带（如图2）。每条纸带选取同一个起点2即初速度为零的点，选取不同距离的终点B为研究对象。数据处理：一条纸带放到投影仪上，由演示的同学在讲台上利用刻度尺读出所需数据OA、OB、OC。其他同学观看屏幕，并在教师提示（有效数字的问题）下判断判断这位同学读数是否正确。其余纸带分发给座位上的几位同学，请他们读出数据。将屏幕切换到电脑屏幕，打开已设计好的电子表格（如图3），将数据输入表格，得到各组的动能增量和重力势能减少量。探究自由落体运动中动能与重力势能变化的关系质量m（kg）下落高度OB（cm）OA距离（cm）OC距离（cm）时间T（s）重力势能减少量（J）动能增量（J）0.020.020.020.020.020.020.020.02图3数据分析：提问：①比较各组数据中重力势能减少量和动能增量，大家可以发现什么结果吗？生：重力势能减少量大于动能增量。②大得多吗？生：不多。③为什么会出现这样的结果？生：在下落过程中重锤要克服阻力。④有哪些阻力？这些阻力大吗？可忽略吗？生：有空气阻力、纸带与打点计时器的阻力。这些阻力比较小，可忽略。⑤若忽略阻力和读数的误差，结果会怎样？生：重力势能减少量和动能增量应该相等。⑥一定相等吗？生：一定。（这样回答的同学比较少）教师引导：大家猜测重力势能的减少量和动能增量应该相等。那我们从理论上来看看，推导一下，大家的猜测能否成立。理论推导：例题：如图，一质量为m的物体自由下落，经过高度为h1的A点时速度为v1，下落到高度为h2的B点时速度为v2。试写出物体在A、B两点时的机械能的表达式，并找出OCBA图2图13这两个机械能之间的关系。物体只有重力做功。根据动能定理得：21222121mvmvW（1）又据重力做功与重力势能的关系得到：21mghmghWG（2）由（1）（2）两式可得2121222121mghmghmvmv移项得：2212222121mghmvmghmv得出结论：只有重力做功时，动能和重力势能相互转化，但机械能总量保持不变。设计思想：将实际运动理想化，建立物理模型。让学生在参与探究过程中，经过实验、规律的假设、理论论证这一系列的活动，体验规律的形成过程。在教学中培养学生观察现象、收集信息、处理信息的能力，渗透科学的研究方法。三、对规律的进一步认识教师讲述：在自由落体运动中，只有重力做功时，引起动能和势能相互转化，但机械能总量保持不变。对机械能守恒的理解，可以有两种：一是在运动过程中，在每一时刻物体的机械能总是相等；二是从初状态到末状态，动能的增加量（或减少量）等于势能的减少量（或增加量）。守恒的条件是只有重力做功。如果在运动中还受到其他力作用会如何？实验演示：单摆实验分析：利用Flash动画分析，单摆运动机械能守恒。但在运动过程中还受到绳子拉力的作用，这是为什么？引导学生讨论。得出结论：若物体除受到重力外还受到其他力作用，但其他力不做功或其他力的总功为零，物体的机械能守恒。实验演示：在气垫导轨上的水平弹簧振子实验分析：弹力做功引起弹性势能的变化，与动能发生相互转化，类比只有重力做功的情况，引导学生讨论。得出结论：在只有弹力做功或其他力做功但其他力的总功为零的情况下，物体的机械能守恒。实验演示：竖直弹簧振子实验分析：引导学生讨论：重力做功引起重力势能的变化，弹力做功引起弹性势能的变化，同时还有动能参与转化。得出结论：在只有重力和弹力做功的情况下，物体的机械能守恒。设计思想：通过一些实验现象，引导学生对实验现象进行分析，进一步对机械能守恒的条件进行探究，培养学生的实验分析的能力。四、规律的巩固训练练习：下列实例中，哪些情况机械能守恒（不计一切阻力）A.抛出的手榴弹或标枪在空中运动B.拉着一个物体沿着光滑斜面上升V1V2h2ABh14C.运行中的过山车问题：在前面的跳伞运动中，机械能守恒吗？引导学生分析。问题：在前面的蹦极运动中，机械能守恒吗？生：蹦极运动中，忽略空气阻力，只有重力和弹力做功，机械能守恒。再问：在蹦极运动中，机械能是如何转化的？引导学生分析：利用Flash动画将蹦极运动分为三个过程：自由落体、加速下降和减速下降，对每个过程进行受力分析和运动过程的分析，并讨论出动能、重力势能、弹性势能的最大值的位置。得出结果：第一阶段：只有重力作用，重力势能转化为动能。第二阶段：受到重力和弹性绳弹力作用，重力大于弹力，加速下降。重力势能转化为动能和弹性势能。第三阶段：受到重力和弹力作用，重力小于弹力，减速下降，重力势能和动能转化为弹性势能。全过程：重力势能转化为弹性势能。机械能守恒。设计思想：对机械能守恒条件的应用，分析物体在运动过程中机械能是否守恒为本节课内容中的一个重点。这里的训练不再举其他的复杂例子，就对在新课引入时所播放的视频片段进行分析，这样一方面做到课堂的首尾呼应，另一方面，可以培养学生将生活中的实际情况转化为思维中的物理模型并进行分析的能力。五、小结与拓展课堂小结：机械能的概念、机械能守恒定律、机械能守恒条件。课外拓展：前面学习过万有引力，万有引力也有做功与路径无关的特点，因而可以引入引力势能的概念。地球的引力势能为零的位置通常取在离地心无穷远处。在地球的引力范围内，物体从无穷远处移向地心的过程中，引力做正功，引力势能从零开始不断减小，因此引力势能总是负值，离地心越远，引力势能越大。如图所示，M是地球，一颗人造卫星在沿椭圆轨道上绕地球运行。你能判断人造卫星在近地点P和远地点Q两处哪一处的速度大？判断的依据是什么？设计思想：梳理整堂课的主干知识，并在课堂即将结束时提出引力势能的概念，留给学生课外思考，让学生去查阅有关引力势能的知识，增加学生的课外知识面。六、布置作业作业：P130(2)P133(3)七、板书设计一、机械能：动能和势能总称为机械能。二、机械能守恒定律：在只有重力做功的情况下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。三、机械能守恒条件1.只有重力做功2.除重力外，还受到其他力，但其他力不做功或其他力的总功为零3.只有弹力做功，其他力不做功或总功为零4.只有重力和弹力做功，其他力不做功或总功为零。