《机械能守恒定律》教学设计

机械能守恒定律教学设计机械能守恒定律教学设计 本节教材分析：通过前面几节内容的学习，学生知道了重力做功会引起重力势能的变化，弹簧的弹力做功会使弹性势能发生变化，合外力的功将引起动能的变化。使学生对于曾经在初中阶段学过的一些定性东西逐渐找到了定量方面的联系，对功能的认识也加深了，也萌发继续探究下去的兴趣。那么，在动能、重力势能和弹性势能都参与转化的过程中，情况又将如何呢？从知识发展的线索来看，本节内容，既是对前几节内容学习的总结，也是对能量守恒定律的铺垫。通过本节内容的学习，学生对功是能量变化的量度会更加深刻的理解，也是从不同角度处理理学问题提过良好的途径。本节内容是本章的重点内容。通过学习，学生不难掌握机械能守恒的表达式和运用机械能守恒定律求解比较简单的问题，但对具体问题中机械能守恒条件是否满足的判断还有一定难度，因此，机械能守恒定律条件的理解是本节内容的难点。 一、 教学目标 知识与技能 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会正确推导物体在光滑曲面上运动过程中的机械能守恒，理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件。 3在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式。 过程与方法 1. 学会在具体的问题中判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。 情感、态度与价值观 1. 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。 2应用机械能守恒定律解决具体问题。 二、教学重点、难点 教学重点 1掌握机械能守恒定律的推导、建立过程，理解机械能守恒定律的内容。 2在具体的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，能正确分析物体系统所具有机械能。 三、教学方法 问题串教学、探究、讲授、讨论、练习。 四、教学准备 电脑、 投影仪、细线、小球，带标尺的铁架台、弹簧振子。 五、教学过程 新课导入 问题1：前面我们学习了那些能量？ 问题2：这些能量概念是什么？表达式是什么？ 问题3：动能、重力势能和弹性势能的变化是什么力做功决定呢？ 1 问题4：我们已学习了重力势能、弹性势能、动能这些不同形式的能是可以相互转化的，那么在相互转化的过程中，他们的总量是否发生变化?这节课我们就来探究这方面的问题 新课教学 一、动能和势能的相互转化 师：现在大家看这样几个例子，分析各个物体在运动过程中能量的转化情况 (课件展示教材上的实例，包括自由下落的物体、沿光滑斜面向下运动的物体、竖直上抛的物体等等，这些物体最好是具体的实物，以增加学生学习的兴趣，减小问题的抽象性) 师：我们先来看自由落体运动的物体，自由落体运动是一种最简单的加速运动，在这个运动过程中能量的转化情况是怎样的? 生：在自由落体运动中，物体在下落的过程中速度不断增大，动能是增加的；而随着高度的减小，物体的重力势能是减少的 师：在竖直上抛运动的过程中，能量的转化情况又是怎样的? 生：竖直上抛运动可以分成两个阶段，一个是上升过程的减速阶段，一个是下落过程的加速阶段，下落过程的加速阶段能量的变化过程和自由落体运动中能量的转化过程是一样的，动能增加，重力势能减少，因为这个阶段的运动实质上就是自由落体运动在上升过程中，物体的动能减少，重力势能增加 师：物体沿光滑斜面上滑，在运动过程中受到几个力，有几个力做功，做功的情况又是怎么样的? 生：在物体沿光滑的斜面上滑时，物体受到两个力的作用，其中包括物体受到的重力和斜面对它的支持力，这两个力中重力对物体做负功，支持力的方向始终和物体运动方向垂直，所以支持力不做功 师：在竖直上抛过程中能量的转化情况是怎样的? 生：在竖直上抛过程中，先是物体的动能减少，重力势能增加，然后是重力势能减少，动能增加 师：我们下面再看这样一个例子： (演示：如图581，用细线、小球、带有标尺的铁架台等做实验把一个小球用细线悬挂起来，把小球拉到一定高度的A点，然后放开，小球在摆动过程中，重力势能和动能相互转化 我们看到，小球可以摆到跟A点等高的C点，如图581甲如果用尺子在某一点挡住细线，小球虽然不能摆到C点，但摆到另一侧时，也能达到跟A点相同的高度，如图581乙) 师：在这个小实验中，小球的受力情况如何?各个力的做功情况如何?这个小实验说明了什么问题?能否找到一个守恒量？ 生：小球在摆动过程中受重力和绳的拉力作用拉力和速度方向总垂直，对小球不做功，只有重力对小球能做功 实验证明，小球在摆动过程中重力势能和动能在不断转化在摆动过程中，小球总能回到原来的高度可见，重力势能和动能的总和不变 2 师：上面几个例子都是说明动能和重力势能之间的相互转化，那么动能和另外一个势能弹性势能之间的关系又是什么呢?我们看下面一个演示实验 (实验演示，如图582，水平方向的弹簧振于用弹簧振子演示动能和弹性势能的相互转化) 师：在这个小实验中，小球的受力情况如何?各个力的做功情况如何?这个小实验说明了什么? (学生观察演示实验，思考问题，选出代表发表见解) 生1：小球在往复运动过程中，竖直方向上受重力和杆的支持力作用，水平方向上受弹力作用重力、支持力和速度方向总垂直，对小球不做功；只有弹簧的弹力对小球能做功 生2：实验证明，小球在往复运动过程中弹性势能和动能在不断转化小球在往复运动过程中总能回到原来的位置，可见，弹性势能和动能的总和应该不变 师：动能和重力势能的总和或者动能和弹性势能的总和叫做什么能量? 生：动能和重力势能和弹性势能的总和叫做机械能 师：上述几个例子中，系统的机械能的变化情况是怎样的? 生：虽然动能不断地变化，势能也不断地变化，它们的变化应该存在一个规律，即总的机械能是不变的 二、机械能守恒定律 师：我们来看这样一个问题： (课件展示课本76页图783的问题，学生自主推导结论，老师巡视指导，及时解决学生可能遇到的困难投影学生的推导过程，和其他学生一起点评)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 师：这个问题应该怎样解决，结论是什么? 生：推导的结果为：Ek2 +EP2 =Ek1 + EP1，即E1= E2 师：这个结论用文字叙述应该是什么? 生：动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变 师：这个结论的前提是什么? 生：这个结论的前提是在只有重力做功的物体系统内 师：除了这样一个条件之外，在只有弹力做功的系统内，动能和弹性势能可以相互转化，而总的机械能不变 师(得出结论)：在只有重力或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，这就是机械能守恒定律 3 (投影展示课本7677页例题，学生尝试独立解决这个问题，在解决问题中体会用机械能守恒定律解决问题的一般步骤) 把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆，摆长为L，最大倾角为小球到达最底端的速度是多大? 师：这个问题应该怎样分析? 生：和刚才举的例子一样，小球在摆动过程中受到重力和细线的拉力细线的拉力与小球的运动方向垂直，不做功，所以整个过程中只有重力做功，机械能守恒小球在最高点只有重力势能，没有动能，计算小球在最高点和最低点的重力势能的差值，根据机械能守恒定律就能得到它在最低点的动能，从而计算出在最低点的速度 师：具体的解答过程是什么? 师：通过这个题目的解答，你能够得到什么启发呢? 生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 生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 师：下面大家总结一下用机械能守恒定律解决问题的一般步骤 (投影学生总结的用机械能守恒定律解题的一般步骤，组织学生讨论完善这个问题，形成共同的看法)(参考解题步骤) 生：可以分为以下几步进行： 1选取研究对象系统或物体 2根据研究对象所经历的物理过程进行受力、做功分析，判断机械能是否守恒 3恰当地选取参考平面，确定研究对象在过程的初末状态时的机械能 4根据机械能守恒定律列方程，进行求解 师：它和动能定理解题的相同点是什么呢? 生：这两个定理都可以解决变力做功问题和运动轨迹是曲线的问题它们都关心物体初末状态的物理量 师：用动能定理和机械能守恒定律解题的不同点是什么? 生：机械能守恒定律需要先判断机械能是不是守恒，而应用动能定理时要求要比机械能守恒定律条件要宽松得多应用机械能守恒定律解决问题首先要规定零势能面，而用动能定理解决问题则不需要这一步 师：刚才同学们分析得都很好，机械能守恒定律是一个非常重要的定律，大家一定要熟练掌握它 实例探究：如图所示，在竖直平面内有一段四分之一圆弧轨道，半径OA在水平方向，一个质量为m的小球从顶端A点由静止开始下滑，不计摩擦，求小球到达轨道底端B点时小球对轨道压力的大小为多少？ 4 课堂小结 板书设计 机械能守恒定律 1、 内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 Ek1+Ep1=Ek2+Ep2 2、 表达式： E1=E2 1122mv+mgh=mv221+mgh1 223、 适用条件：只有重力做功或弹力做功 注：此处弹力高中阶段特指弹簧类弹力 六、教学后记 继动能定理以后，我们紧接着又开始学习用能量方法解决问题的另外一个重要的知识点，在这一节的教学中，首先让学生能够从各种不同的例子中体会能量之间可以相互转化，而机械能内部的动能和重力势能以及弹性势能之间当然可以相互转化，转化的条件是相应的重力做功或者弹力做功在教学中可以利用例题让学生自己总结用机械能守恒定律解决问题的一般步骤，由于是学生自己推导出来的，所以记忆当然深刻在教学中对学有余力的同学可以安排较难的题目供他们选择，也可以让他们分别用动能定理和机械能守恒定律解决同样一个问题，以便比较这两种方法的相同点和不同点 5