物理8.机械能守恒定律教学设计

八、机械能守恒定律

授课人：林籽葵

一、教学目标

1、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。

2、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。

3、情感、态度与价值观

通过机械能守恒的教学，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。

二、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。

三、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。

3．应用机械能守恒定律解决具体问题。

四、课时安排

1课时

五、教学过程

新课导入：

前面我们已经学习了重力势能、弹性势能、动能。在初中时我们就了解到，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，下面我们一起来探究物体动能与势能转化的情况。

一．动能和势能的相互转化

1．情景展示

（1）物体做自由落体运动：下落过程中高度不断减小，重力势能减小，速度增加，动能增大，是一个重力势能向动能转化的过程；

（2）物体做竖直上抛运动：物体在上升过程中高度不断增大，重力势能增加，速度减小，动能减小，是一个动能向重力势能转化的过程；下落过程和自由落体运动过程一样。

（3）见课本第22页“做一做”，如图5.8-1所示，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，小球在摆动的过程中，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。

在这个过程中小球受到重力和绳的拉力的作用。拉力和速度方向总垂直，对小球不做功；只有重力对小球做功。实验证明重力势能和动能之间相互转化，由于小球总能回到原来的高度，说明重力势能和动能的总和不变。

关于用弹簧振子演示动能和弹性势能的相互转化的情况，由学生演示后分析。

动能、重力势能和弹性势能的总和叫做机械能，那么在动能、重力势能和弹性势能的相互转化的过程中，总的机械能的变化情况又是怎样的呢？

二．机械能守恒定律

在观察演示实验的基础上，我们从理论上分析物理动能与势能相互转化的情况。先考虑只有重力对物体做功的理想情况。

    1．只有重力对物体做功时物体的机械能

问题：如图1（课本第23页图5.8-3），物体在某一时刻在位置A，这时它的动能是Ek1，重力势能是Ep1，总的机械能是E1=Ek1+Ep1。经过一段时间后，物体运动到另一位置B，这时它的动能是Ek2，重力势能是Ep2，总的机械能是E2=Ek2+Ep2。

分析：以W表示这一过程中重力做的功。根据动能定理，有：   

下落过程中重力对物体做功，重力做功在数值上等于物体重力势能的变化量。即：             

由以上两式可以得到： 

移项得：Ek2+Ep2=Ek1+Ep1

即：E2= E1

    引导学生分析上面式子所反映的物理意义，并小结：下落过程中，物体重力势能转化为动能，此过程中物体的机械能总量不变。

    指出问题：上述结论是否具有普遍意义呢？作为课后作业，请同学们课后进一步分析物体做平抛和竖直上抛运动时的情况。

    明确：可以证明，在只有重力做功的情况下，物体动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。

    提出问题：在只有弹簧弹力做功时，物体的机械能是否变化呢？

    2．弹簧和物体组成的系统的机械能

    以弹簧振子为例（未讲振动，不必给出弹簧振子名称，只需讲清系统特点即可），简要分析系统势能与动能的转化。

    明确：进一步定量研究可以证明，在只有弹簧弹力做功条件下，物体的动能与弹性势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。

    综上所述，可以得到如下结论：

    3．机械能守恒定律

    在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。这个结论叫做机械能守恒定律。

几点说明：

   （1）机械能守恒定律的前提条件

    ①物体只受重力或者只受弹力

②物体除受重力或者只受弹力外，还受其他力的作用，但其他力不做功。

（2）定律涉及的始末状态的动能、势能应取同一参考系和同一参考平面。

提出问题：学习机械能守恒定律，要能应用它分析、解决问题。下面我们通过具体问题的分析来学习机械能守恒定律的应用。在具体问题分析过程中，一方面要学习应用机械能守恒定律解决问题的方法，另一方面通过问题分析加深对机械能守恒定律的理解与认识。

例题1：（详细分析、解答课本第23页例题）

4．应用机械能守恒定律解题步骤：

① 明确研究对象和运动过程；

② 分析受力情况，看是否满足守恒条件；

③ 确定初状态和末状态，选定零势能面，确定初、末状态的机械能；

④ 列方程，求解。

三．课堂练习：①课本P25“问题与练习”第1题、第2题、第3题、第5题

              ②课本P24“思考与讨论”

四．布置作业：课本P25“问题与练习”第4题

五．板书设计           八.机械能守恒定律