視頻標(biāo)簽：機(jī)械能守恒定律

所屬欄目：高中物理優(yōu)質(zhì)課視頻

視頻課題：高中物理人教課標(biāo)版必修2第七章8.機(jī)械能守恒定律-浙江省優(yōu)課

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人教版必修2第七章第八節(jié)《機(jī)械能守恒定律》教學(xué)設(shè)計(jì) 
【教材分析】 
本節(jié)課的內(nèi)容是“機(jī)械能守恒定律”。本節(jié)內(nèi)容既是對(duì)前面幾節(jié)內(nèi)容的總結(jié)，也是對(duì)能量守恒定律的鋪墊。通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)功是能量變化的量度會(huì)有更加深刻的理解，也從不同角度處理力學(xué)問題提供了良好的途徑。本節(jié)內(nèi)容是本章的重點(diǎn)內(nèi)容。本節(jié)課的主要內(nèi)容是“通過實(shí)驗(yàn)，探究并認(rèn)識(shí)機(jī)械能守恒定律，研究物體動(dòng)能和勢(shì)能之間相互轉(zhuǎn)化過程中機(jī)械能的變化情況”。本節(jié)課采用的是人民教育出版社普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理》必修2第七章第八節(jié)。這一節(jié)集實(shí)驗(yàn)、物理現(xiàn)象、概念、規(guī)律的學(xué)習(xí)于一體，讓學(xué)生經(jīng)歷觀察現(xiàn)象，總結(jié)規(guī)律得出機(jī)械能守恒定律的過程。 【學(xué)情分析】 
    通過前幾節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生知道了重力做功會(huì)引起重力勢(shì)能的變化，彈簧彈力做功將使彈性勢(shì)能發(fā)生變化，合外力的功將引起物體動(dòng)能的變化。使學(xué)生對(duì)于曾在初中階段學(xué)過的一些定性的東西逐漸找到了定量方面的聯(lián)系，對(duì)功能關(guān)系的認(rèn)識(shí)加深了，也萌發(fā)了繼續(xù)探究的興趣，因而教學(xué)過程中抓住這一點(diǎn)對(duì)學(xué)生能夠有個(gè)提高，定量的研究機(jī)械能守恒過程中動(dòng)能和勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化和用機(jī)械能守恒定律來解決生活中的一些問題。 【教學(xué)目標(biāo)】 
    1.通過對(duì)生活中一些常見現(xiàn)象的觀察與分析進(jìn)一步明確機(jī)械能的各種形式，能夠利用動(dòng)能和勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化來分析一些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。 
    2.能夠利用動(dòng)能定理和重力做功與重力勢(shì)能變化間的關(guān)系，通過自主與合作相結(jié)合的方式推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式，總結(jié)出機(jī)械能守恒的條件，并能利用精確的語言表述出機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容。 
    3.能夠運(yùn)用機(jī)械能守恒定律分析生活中一些常見的物理現(xiàn)象，并能將其轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的物理模型，領(lǐng)悟運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決問題的優(yōu)越性。 
    4.通過理論推導(dǎo)和對(duì)生活中一些物理現(xiàn)象的分析，進(jìn)一步體會(huì)功是能量轉(zhuǎn)化的量度，能夠從機(jī)械能有沒有和其他形式的能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化的角度進(jìn)一步理解機(jī)械能守恒。 
【教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】 
 
                    
             
                    
                                1.通過物理現(xiàn)象的分析和機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)過程，理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容和條件。 
    2.會(huì)判定具體問題中機(jī)械能是否守恒，能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律分析一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問題。 【評(píng)價(jià)目標(biāo)】 
    1.通過課堂引入的視頻、演示實(shí)驗(yàn)等完成教學(xué)目標(biāo)1；     2.通過實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)和理論推導(dǎo)的過程完成教學(xué)目標(biāo)2；     3.通過實(shí)際應(yīng)用、目標(biāo)3評(píng)價(jià)和課后作業(yè)等完成教學(xué)目標(biāo)3； 
    4.通過單擺的演示實(shí)驗(yàn)，理論推導(dǎo)的過程、實(shí)際應(yīng)用、課堂引入、目標(biāo)4評(píng)價(jià)等完成教學(xué)目標(biāo)4。 
【教學(xué)方法】自主思考、合作探究、即時(shí)評(píng)價(jià) 【教學(xué)過程】     一、溫故知新 
    1.本章學(xué)習(xí)了哪幾種形式的能？ 
    2.重力所做的功與物體重力勢(shì)能有什么關(guān)系？     3.彈簧的彈力做的功與彈簧彈性勢(shì)能有什么關(guān)系？     4.動(dòng)能定理的內(nèi)容和表達(dá)式是什么？ 
重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能與動(dòng)能之間具有密切的聯(lián)系，我們把它們統(tǒng)稱為機(jī)械能。通過重力或彈力做功，機(jī)械能可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。請(qǐng)看下面的視頻 
二、影片導(dǎo)入 
課件展示78歲老奶奶坐過山車精彩片段，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引出本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。 
學(xué)生分析過山車在運(yùn)行過程中動(dòng)能和勢(shì)能的變化情況。 三、實(shí)驗(yàn)演示 麥克斯韋滾擺、單擺 
學(xué)生分析滾擺、單擺運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能和勢(shì)能的變化情況及重力做功情況 四、實(shí)驗(yàn)探究 
將小鋼球固定在細(xì)線的一端，細(xì)線的另一端系在鐵架臺(tái)上，使小球與細(xì)線形成一個(gè)擺。讓一位學(xué)生靠近鐵架臺(tái)，頭稍低，將小球由該同學(xué)的鼻子處釋放，小
 
                    
             
                    
                            球擺動(dòng)過程中能否碰到該同學(xué)的鼻子（如圖），并思考里面的科學(xué)道理。 
分析：（1）分析小球在擺動(dòng)過程中受力情況，各力做功情況。（2）在小球擺動(dòng)過程中能量如何轉(zhuǎn)化？ 
教師總結(jié)：實(shí)驗(yàn)中小球在擺動(dòng)過程中重力做功，勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化。 
小球下降時(shí)：重力做正功，重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加； 
小球上升時(shí)：重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加，動(dòng)能減少。 
小球擺動(dòng)過程中總能回到原來的高度，好像“記得”自己原來的高度，說明什么？ 
說明在擺動(dòng)過程中有一個(gè)物理量是保持不變的，是什么呢？要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)物理量不變，前提條件是什么？下面我們從理論上研究一下。 
五、情境設(shè)置 
    質(zhì)量為m的物體自由下落過程中，經(jīng)過高度h1處速度為v1，下落至高度h2處速度為v2，不計(jì)空氣阻力，分析由h1下落到h2過程中機(jī)械能的變化（引導(dǎo)學(xué)生思考分析）。 
分析：根據(jù)功能定理2
1222
121mvmvw
合①       下落過程重力做功，有21mghmghwG② 
      不計(jì)空氣阻力的情況下，整個(gè)過程只有重力做功，有Gww合③ 
      聯(lián)立①②③式得212
122
2
121mghmghmvmv       移項(xiàng)得121222
2
1
21mghmvmghmv  引導(dǎo)學(xué)生分析討論上面表達(dá)式的物理意義：等號(hào)的左側(cè)表示末態(tài)的機(jī)械能，等號(hào)的右側(cè)表示初態(tài)的機(jī)械能，表達(dá)式表明初態(tài)和末態(tài)的機(jī)械能相等。即在小球下落過程中，重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，減小的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。 
問題：此表達(dá)式具有普遍意義嗎？還是僅在只受重力的自由落體運(yùn)動(dòng)中成立？引導(dǎo)學(xué)生自己推導(dǎo)豎直上拋、平拋的過程是否成立。 
引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注在上述過程中物體的受力情況。可以證明，在只有重力做功的情況
 
                    
             
                    
                            下，物體動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而機(jī)械能總量保持不變。 
六、思維拓展 
在只有彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)呢？ 
課件展示：彈簧振子（由于彈簧振子概念學(xué)生還沒有接觸，教師可以不提彈簧振子的概念）的運(yùn)動(dòng)情況，分析物理過程。 
設(shè)疑：在只有重力做功的情況下，機(jī)械能是守恒的；同樣作為機(jī)械能組成部分的勢(shì)能，是否在只有彈力做功的情況下，機(jī)械能也能守恒呢？ 
學(xué)生在推導(dǎo)過程中可能會(huì)存在一定的困難，教師適當(dāng)加以輔助推導(dǎo)。對(duì)彈簧與小球的運(yùn)動(dòng)過程簡(jiǎn)要分析，得到動(dòng)能與彈性勢(shì)能的轉(zhuǎn)化關(guān)系，并明確：在只有彈力對(duì)物體做功時(shí)物體的機(jī)械能守恒。表達(dá)式 
通過上面只有重力做功與只有彈力做功兩個(gè)部分的推導(dǎo)，師生總結(jié)機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。 
表達(dá)式：1122pkpkEEEE或12EE ——守恒式 
pkEE——轉(zhuǎn)換式 減增BAEE——轉(zhuǎn)移式 
教師引導(dǎo)學(xué)生理解表達(dá)式中各量的物理意義，并回顧機(jī)械能守恒定律推導(dǎo)過程，加深認(rèn)識(shí)。 
機(jī)械能守恒定律的條件 
通過以上內(nèi)容的學(xué)習(xí)，我們理解了機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式，但真正應(yīng)用到解題過程中是有限制的。 
大屏幕投影機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容，并用不同顏色展示“在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)”，突出強(qiáng)調(diào)守恒的受力條件，引導(dǎo)學(xué)生自己總結(jié)守恒的條件。 有的學(xué)生認(rèn)為守恒條件應(yīng)該是只受重力或彈力； 有的學(xué)生認(rèn)為守恒條件應(yīng)該是只有重力或彈力做功。 
在肯定兩位學(xué)生認(rèn)真思考的基礎(chǔ)上，教師質(zhì)疑兩位學(xué)生的意見，激發(fā)他們思考的積極性：兩位同學(xué)說的有什么不同嗎？ 
學(xué)生討論：只有重力或彈力做功，還包含這樣的意思：可能還受其他力，但其他
 
                    
             
                    
                            力不做功。 
學(xué)生總結(jié)：機(jī)械能守恒定律的條件可以表述為： 
    1.只受重力（或彈力），不受其他力。如自由落體運(yùn)動(dòng)。 
    2.除重力（或彈力）以外還有其他力，但其他力不做功。如做單擺運(yùn)動(dòng)的物體。 
    3.除重力（或彈力）以外還有其他力，這些力做的總功為零。 
七、例題 
把一個(gè)小球用細(xì)線懸掛起來，就成為一個(gè)擺（如圖），擺長(zhǎng)為l，最大偏角為θ。如果阻力可以忽略，小球運(yùn)動(dòng)到最低位置時(shí)的速度是多大？                          引導(dǎo)學(xué)生分析思考，提出問題：                          1.小球運(yùn)動(dòng)過程中受幾個(gè)力的作用？                          2.這些力做功嗎？ 
                         3.小球運(yùn)動(dòng)過程滿足機(jī)械能守恒定律條件嗎？如何 
應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問題？ 
                         歸納學(xué)生分析的結(jié)果，明確：小球運(yùn)動(dòng)過程中，只有重力對(duì)小球做功，滿足機(jī)械能守恒條件，可以用機(jī)械能守恒定律求解；應(yīng)用機(jī)械能守恒定律時(shí)，應(yīng)明確所選取的運(yùn)動(dòng)過程，明確初、末狀態(tài)小球所具有的機(jī)械能。 
解析：取0點(diǎn)為重力勢(shì)能零點(diǎn)。初狀態(tài)A點(diǎn)小球具有的重力勢(shì)能 
)cos(llmgEAp，動(dòng)能0AkE 
末狀態(tài)O點(diǎn)小球具有的重力勢(shì)能0OpE，動(dòng)能22
1mvEOk 根據(jù)機(jī)械能守恒定律，有OkOpAkApEEEE，即 
22
1)cos(mvllmg
 小球落到最低位置O時(shí)的速度大小)cos1(2glv 
歸納總結(jié)得出機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用步驟：（1）確定研究對(duì)象；（2）對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析；（3）分析各力是否做功，判斷是否滿足機(jī)械能守恒條件；（4）選取零勢(shì)能面，確定研究對(duì)象在初、末狀態(tài)時(shí)的機(jī)械能；（5）根據(jù)機(jī)械能守恒定律列出方程求解。 
l
A O 
C 
 
                    
             
                    
                            八、課堂小結(jié) 
1.機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容 2.機(jī)械能守恒定律的條件 3.應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的解題步驟 九、課堂訓(xùn)練 
1.下列物體在運(yùn)動(dòng)過程中，可視為機(jī)械能守恒的是（    ） A.飄落中的樹葉 B.乘電梯勻速上升的人 C.被拋出后在空中運(yùn)動(dòng)的鉛球 D.沿粗糙斜面勻速下滑的木箱 答案：C 
解析：A中阻力做功不能忽略，B中動(dòng)能不變，勢(shì)能增加，D中動(dòng)能不變，勢(shì)能減小。 
點(diǎn)撥：判斷機(jī)械能是否守恒可以由條件得出，整個(gè)過程只有重力（或彈力）做功；也可由動(dòng)能與勢(shì)能總和是否改變得出。 
2.把質(zhì)量為0.5Kg的石塊從10m高處以300角斜向上拋出（如圖），初速度是v0=5m/s。不計(jì)空氣阻力。（1）石塊落地時(shí)的速度是多大？     （2）石塊落地時(shí)的大小與下列哪些量有關(guān)？ 
  A.石塊的質(zhì)量   B.石塊初速度的大小   C.石塊初速度的仰角   D.石塊拋出時(shí)的高度 
    解析：（1）石塊從拋出到落地的過程中，只有重力做功，機(jī)械能守恒。設(shè)地面為零勢(shì)能參考面，根據(jù)機(jī)械能守恒定律，得
2202
1
21mvmghmv，所以：smsmghvv/15/1010252220 
（2）由ghvv22
0
可知，石塊落地時(shí)速度大小與石塊初速度大小及石塊拋出時(shí)的高度有關(guān)，與石塊的質(zhì)量和石塊的初速度的仰角無關(guān)。 
十、布置作業(yè) 
 
                    
             
                    
                            1.配套練習(xí) 
2.觀察記錄生活中其他的物理情景，判斷其是否符合機(jī)械能守恒定律 十一、板書設(shè)計(jì) 一、機(jī)械能 
二、動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化 三、機(jī)械能守恒定律 
    1.內(nèi)容：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。    
    2.表達(dá)式：1122pkpkEEEE 
pkEE 減增BAEE 
         3.條件：只受重力（或彈力），不受其他力 
                 除重力（或彈力）以外還有其他力，但其他力不做功或做的總功為零。

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