高中人教版 (2019)4 机械能守恒定律教学设计及反思

这是一份高中人教版 (2019)4 机械能守恒定律教学设计及反思，共8页。教案主要包含了讲授新课等内容，欢迎下载使用。

（一）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。
（二）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。
（三）情感态度与价值观
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．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的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能。
教学过程：
导入新课：
伽利略曾研究过小球在斜面上的运动。他发现：无论斜面 B 比斜面 A 陡些或缓些，小球的速度最后总会在斜面上的某点变为 0，这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度基本相同。
在小球的运动过程中，有哪些物理量是变化的？哪些是不变的？你能找出不变的量吗？
二、讲授新课：
1、追寻守恒量
伽利略斜面实验
思考：小球在光滑的斜面A上从高为h处由静止滚下，滚上另一光滑的斜面B，速度变为零时的高度为h' ，h和h'的大小关系怎样？如果减小斜面B的倾角呢？
在A斜面上：a＝gsinα x＝ v2/2a
h ＝ x sinα＝v2/2g
在B斜面上：
a'＝－gsinβ x'＝（0－v2）/2a'
h' ＝ x' sinβ= v2/2g
∴h'＝h
实验现象:无论斜面B比斜面A陡些或缓些,小球的速度最后总会在斜面上的某点变为0,这点距离斜面底端的竖直高度与它出发时的高度基本相同。如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略,小球必将准确地终止于它开始运动时的高度,不会更高一点,也不会更低一点。
思考:小球的运动有什么特点？
小球高度降低的同时，速度在增加；高度升高的同时，速度在减小。此消彼长
小球运动中，有无守恒量（即有没有哪个物理量保持不变）？
结论
伽利略斜面实验表明，小球在运动过程中，“有某一量是守恒的”，这个量叫做能量或能。
说明：能量与物体的运动相对应，是对物体不同运动形式的统一的量度，不同的运动形式对应不同的能量。
“能量” 是牛顿没有留给我们的少数力学概念之一，但是在牛顿之前，我们就能发现它的萌芽。（伽利略理想斜面实验）
能量
2、动能与势能的相互转化
1）重力势能与动能相互转化

A-B：在这个过程中，物体的速度增加了，表示物体的动能增加了。这说明，物体原来的重力势能转化成了动能。
B-C：在这个过程中，这时重力对物体做负功，物体的速度减小，表示物体的动能减少了。但由于物体的高度增加，它的重力势能增加了。这说明，物体的动能转化成了重力势能。
结论：物体的动能和重力势能可以相互转化
2）弹性势能与动能相互转化

小球在光滑杆从A向O运动过程中弹力做正功，弹簧的弹性势能转化为小球的动能。
运动员从跳板上弹起的过程中跳板的弹性势能，转化为运动员的动能。
结论： 物体的动能和弹性势能可以相互转化。
如此可见，重力势能、弹性势能、动能之间是可以互相转化的。
机械能
1）定义：重力势能、弹性势能、动能都是机械运动中的能量形式，统称为机械能。
2）大小：一个系统的机械能 E=Ek+Ep
3）
思考与讨论
一个小球在真空中做自由落体运动，另一个同样的小球在黏性较大的液体中由静止开始下落。它们都由高度为 h1 的地方下落到高度为 h2 的地方。在这两种情况下，重力做的功相等吗？重力势能的变化相等吗？动能的变化相等吗？重力势能各转化成什么形式的能？
提示：
（1）这两种情况下，重力做功相等；
（2）重力势能的变化相等；
（3）动能变化不相等；
（4）第一次减小的重力势能完全转化为动能，第二次减小的重力势能除了转化为动能外，还有一部分转化为内能。
思考讨论
机械能之间可以互相转化，那它们转化的具体形式是怎样的？是否存在定量关系呢？
这里以动能与重力势能的相互转化为例，讨论这个问题。
3、机械能守恒定律
我们讨论物体沿光滑曲面滑下的情形。这种情形下，物体受到重力和曲面支持力的作用，因为支持力方向与运动方向垂直，支持力不做功，所以，只有重力做功。
在图 8.4-3 中，物体在某一时刻处在高度为 h1 的位置A，这时它的速度是 v1。经过一段时间后，物体下落到高度为 h2 的另一位置 B，这时它的速度是 v2 。用 W 表示这一过程中重力做的功。从动能定理知道，重力对物体做的功等于物体动能的增加.
等式左边为物体末状态动能与势能之和，等式右边为物体初状态动能与势能之和。
可见，当系统内只有重力做功时，系统初末状态的机械能保持不变，重力势能和动能之间可以互相转化。
同理可以推导，在只有弹力做功的系统内，弹性势能和动能也可以互相转化，且系统初末状态的机械能保持不变。
机械能守恒定律
在只有重力或弹力做功的系统内，动能和势能可以互相转化，且总的机械能保持不变。
表达式：
机械能守恒的条件
（1）只有重力或弹力做功；
（2）其他力不做功或做功的代数和为零；
机械能守恒定律的不同表达式
判断机械能守恒的方法
做功分析法(常用于单个物体)
(2)能量分析法(常用于多个物体组成的系统)
分析能量种类⇒只有动能、重力势能、弹性势能⇒系统机械
能守恒
(3)对一些绳子突然绷紧，物体间非弹性碰撞等问题，除非题目特别说明，机械能必定不守恒，完全非弹性碰撞过程机械能也不守恒。
画龙点睛
1）“守恒”是一个动态概念,指在动能和势能相互转化的整个过程中的任何时刻、任何位置,系统的机械能总量总保持不变。
2）机械能守恒的条件不是合力做的功等于零,也不是合力等于零。
应用机械能守恒定律解题的步骤
机械能守恒定律和动能定理的比较
练习：见ppt
【板书设计】
8.4 机械能守恒定律
追寻守恒量
伽利略理想斜面实验
动能与势能的相互转化
机械能：
1．重力势能、弹性势能与动能统称机械能。
2．通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化为另一种形式。
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，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。
【教学反思】