物理必修 第二册4 机械能守恒定律教案设计

这是一份物理必修 第二册4 机械能守恒定律教案设计，共7页。教案主要包含了教材分析，学情分析，教学目标，物理观念，科学思维，科学探究，科学态度与责任，教学重难点等内容，欢迎下载使用。

【教材分析】
（一）教材分析
本节课是本章的重点，是对功能关系的进一步认识,为学生理解能量转化与守恒做铺垫,同时为今后学习动量守恒、电荷守恒打下基础。运用机械能守恒定律解答相关问题，这一内容在整个高中力学中起着承前启后的作用，在物理学理论和应用方面十分重要。
【学情分析】
（一）学情分析
本节课按照科学探究的要求组织学生制定实验方案，研讨实验方法，探究操作要领，小组合作完成实验，分析误差原因。通过小组合作探究，使学生正确的计算重物下落过程中动能的增加和重力势能的减少，比较动能的增加量和重力势能的减少量是否相等来判断机械能是否守恒——这就是实验原理。速度的测量是重点，让小组合作探究出测量瞬时速度的最好方法。重物下落过程中会受到很多的阻力，如何减少阻力对实验结果的影响？这个问题可以让学生来讨论、分析，老师点拨归纳。
【教学目标】
（一）教学目标
【物理观念】体现科学论证观念，通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法
【科学思维】要明确实验原理，掌握实验的操作方法与技巧、学会实验数据的采集与处理，能够进行实验误差的分析，深化对机械能守恒定律的理解。
【科学探究】通过学生的独立思考解决实验中遇到的问题，以及对实验数据的处理。
【科学态度与责任】使学生通过实验体会成功的乐趣与成就感，激发对物理世界的求知欲；
【教学重难点】
（一）教学重难点
教学重点：
1. 理解机械能包含动能、重力势能、弹性势能；
2. 理解动能、重力势能、弹性势能之间的相互转化。
教学难点：
1. 对机械能守恒条件的理解和判断；
2. 理解机械能守恒定律的表达式以及应用机械能守恒定律解决问题。
【新课导入】
（一）新课导入
结合复习引入新课．
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，下面我们观察演示实验中物体动能与势能转化的情况．
[演示实验] 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．
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，随动能增大，物体的势能减小；反之，随动能减小，物体的势能增大．
提出问题：上述运动过程中，物体的机械能是否变化呢？这是我们本节要学习的主要内容．
【新课讲解】
（一）追寻守恒量
追寻守恒量
【教师引导】小球能滑到与A相同高度的斜面B的条件是没有摩擦，而没有摩擦的斜面不存在故伽利略的斜面实验也叫理想实验。理想实验又叫“思想上的实验”，它源于科学实验的实践活动，是一种更高形式的思维活动，理想实验的核心是“可靠的事实+严密的逻辑推理”。
【教师提问】（1）在伽利略理想斜面实验中，小球在B上某点停下时的高度与出发时高度相同，好像“记得”自己的起始高度，怎样解释？
（2）怎样解释下坡时速度越来越大？
（3）怎样解释上坡时速度越来越小？
【小组讨论】（1）“记得”是“某个量是守恒的”，这个量叫能量。
（2）把小球从桌面升高到起始点高度
时，小球被赋予一种形式的能量——势能，小球释放后开始运动获得速度；到达桌面上，它在初始位置具有的势能已不存在，可理解为势能并未丢失，而是转化为另一种形式的能量——动能。
（3）小球继续沿斜面B升高，速度减小，不断失去动能，但高度在增加，势能不断被“回收”，最后小球静止时，动能全部转化为势能，小球相对桌面的高度又达到它起始时的高度。
（一）动能与势能的相互转化
动能、势能的相互转化
1．动能与重力势能间的转化
只有重力做功时，若重力做正功，则重力势能转化为动能，若重力做负功，则动能转化为重力势能，转化过程中，动能与重力势能之和保持不变．
2．动能与弹性势能间的转化
被压缩的弹簧把物体弹出去，射箭时绷紧的弦把箭弹出去，这些过程都是弹力做正功，弹性势能转化为动能．
3．机械能
动能、重力势能和弹性势能统称为机械能，在重力或弹力做功时，不同形式的机械能可以发生相互转化．
（一）机械能守恒定律
机械能守恒定律
物体沿光滑曲面滑下，只有重力对物体做功。用我们学过的动能定理以及重力的功和重力势能的关系，推导出物体在A处的机械能和B处的机械能相等。
教师：为学生创设问题情境，引导学生运用所学知识独立推导出机械能守恒定律。让学生亲历知识的获得过程。
学生：独立推导。
教师：巡视指导，及时解决学生可能遇到的困难。
推导的结果为：即
也即
可见：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。
同样可以证明：在只有弹力做功的物体系统内，动能和弹性势能可以相互转化，总的机械能也保持不变。
1．机械能守恒定律：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，总的机械能也保持不变。这就是机械能守恒定律。
2．公式：。
3．条件：只有重力或者弹力做功。
例题：把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆，如图，摆长为l，最大摆角为θ，小球运动到最低位置时的速度是多大？
学生：学生在实物投影仪上讲解自己的解答，并相
互讨论。
教师：帮助学生总结用机械能守恒定律解题的要点、步骤，体会应用机械能守恒定律解题的优越性。
总结：
1．机械能守恒定律不涉及运动过程中的加速度和时间，用它来处理问题要比牛顿定律方便。
2．用机械能守恒定律解题，必须明确初末状态机械能，要分析机械能守恒的条件。
【板书】
（一）板书
一、机械能
1、
2、表达式：E=Ep+Ek
3、标量
4、相对性
二、机械能守恒定律
（1）内容
（2）条件
（3）表达式
【课后反思】
（一）课后反思
1．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。
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。