高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律教案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律教案，共6页。教案主要包含了核心素养目标，教学重点，教学难点，教学方法，教学工具，教学过程设计等内容，欢迎下载使用。

一、核心素养目标:
1、物理观念
（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）掌握机械能守恒定律的内容及得出过程；
2、科学思维
（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，分析物理问题。
3、科学探究
会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决有关问题，并领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性
4、科学态度与责任
通过机械能守恒定律的教学，使学生树立科学的观点，理解和运用自然界客观存在的规律，来解决生活中的实际问题。
二、教学重点：
（1）掌握机械能守恒定律的内容及其条件。
（2）能在具体问题中判断机械能是否守恒，并能运用机械能守恒定律解决问题。
三、教学难点：
从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件；能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。
四、教学方法：
演绎推理法、分析归纳法、交流讨论法、探究式教学法。
五、教学工具：
多媒体课件、细线、小球、带标尺的铁架台、悠悠球、平抛运动实验仪。
六、教学过程设计：
（一）创设情景，引出新课
1、温故知新（屏幕投影）
（1）前几节我们学习了哪几种形式的能？各怎么表示？
（2）动能定理的内容是什么？
（3）重力做功和重力势能变化的关系是什么？
（4）弹力做功与弹力势能变化的关系：
指导学生把答案写在练习本上，巡视观察，并给予指导。
师：大家都写的很好，说明以往知识掌握得不错，作为奖励，下面观看精彩视频和表演！
2、动能与势能的相互转化
（1）【多媒体课件】让学生试着分析下面几种情况能量是怎么转化的？
①视频1：伊辛巴耶娃撑杆跳
学生回答，教师点评。师：这短片怎样？太平淡？那来点刺激的！
②视频2：高山滑雪
学生回答，教师点评。师：精彩是精彩了，可毕竟离我们有点远，还是不过瘾，要不来段真人秀？k，有请自称“悠”灵杀手的小范同学！
③真人秀：悠悠球表演
学生回答，教师点评。
师：上面几种情况都是动能和势能相互转化，像这种不同的机械能之间的转化在我们身边屡见不鲜。但转化过程中有什么规律可循呢？这是我们这节课将要探讨的内容。
（二）新课教学，实验探究
1、探究机械能守恒的成立条件
（师：下面有请一位同学上来和老师一同完成这个实验）
AA
C
【演示实验1】如图，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，记住它向右能够达到的最大高度C点。（用同学鼻子作为参考点）
得出结论：机械能守恒。
师：思考这个时候小球的受力？
【演示实验2】把小钢球换成乒乓球，重做这个实验。师：请再借鼻子一用
得出结论：机械能不守恒。
师：思考这个时候小球的受力？这一次多受了空气阻力机械能为什么就不守恒了呢？能否由此推测出机械能守恒的成立条件？
【学生活动】 观察演示实验，思考问题，小组讨论，并选出代表发表见解。
生：两次重力都做功，绳子拉力都不做功，而第二次空气阻力做了功，机械能就不守恒了，所以我们认为机械能要守恒，除重力外不能有其它力做功。
师：那就是说，只有重力做功！很好，逻辑性非常棒！那到底对不对呢？好像还是有点让人将信将疑，下面以我们熟悉的平抛运动为例来证明，请看多媒体。
2、推导机械能守恒定律
【多媒体课件】
如图一个质量为m的小球做平抛运动，经过某高度为h１的A点时速度为v１，到某高度为h2的B点时速度为v2，写出小球在A点时的机械能EA和在B点时的机械能EB，由动能定理、重力做功与重力势能变化的关系探究EA和EB的关系。
师：请大家在练习本上解答，看能否找出AB两点机械能的关系。
【学生活动】 学生根据教师引导，在练习本上进行推导，推完后相互交流意见。
教师巡视指导，及时解决学生可能遇到的困难。
教师和学生一起一步一步分析推导过程，用多媒体出示出来，让学生和自己的推导过程进行对比。
A点机械能：
B点机械能：
由动能定理得：
由重力做功与重力势能变化的关系得：
由以上两式可以得到
师：在只有重力做功的物体系统内，物体的动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。因为弹力做功与重力做功有相似的性质，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，总机械能也保持不变。
3、机械能守恒定律的表述
（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。
（2） 表达式:
①
② ③
【思考与讨论】 是否表示只受重力或弹力？
根据学生的意见，教师帮助学生总结机械能守恒定律的条件是不论物体受几个力，只要只有重力（或弹力）做功，物体的机械能就守恒。
4、验证机械能守恒定律
师：理论需要实验的验证与支撑，怎么证明我们的想法呢？看桌子上的实验设备，很眼熟吧？对，是研究平抛运动是实验器材，小球在斜面上滚下过程，可忽略摩擦，机械能是否守恒？能不能用它来验证机械能守恒呢？
【学生活动】小组讨论。
生：我们认为可以通过测量平抛的水平位移和竖直位移得到小球平抛初速度，然后就可以算出小球在轨道末端的动能，再测量斜面高度得到小球在轨道顶端重力势能，最后比较看是否相等。
教师讲解实验原理，展示实验方案：
以轨道底端为零势面，
因为mg相同，所以比较h和s2/4H的大小关系就行了。
【学生实验】教师指导学生进行实验，并把h和s2/4H的大小关系表格画在黑板上，指导学生把结果写在表格内。
师：由实验数据可以看出，E初和E末近似相等，可以证明在误差允许范围内机械能守恒。
很好，我们今天圆满结束了对机械能守恒定律的探讨，下面我们检测一下我们的掌握情况。
5、机械能守恒定律的应用
（1）说一说:
【多媒体课件】下列实例中哪些情况机械能是守恒的
v

(1)跳伞员用降落伞在空中匀速下落 （答案：不守恒）
(2)抛出的篮球在空中运动（不计阻力） （答案：守恒）
(3)光滑水平面上运动的小球，把弹簧压缩后又被弹回来。 （答案：守恒）
(4)用绳拉着一个物体沿着光滑的斜面匀速上升。 （答案：不守恒）
【学生活动】 选几个学生起来回答上面的问题，并说明为什么？
【点评】 判断机械能是否守恒，关键看系统是否只有重力（或弹力）做功。
师：很好，说明大家已经很好的掌握了机械能守恒的成立条件，下面我们看怎样具体应用机械能守恒定律来解题。
（2）机械能守恒定律的应用步骤
【多媒体课件】机械能守恒定律解题的解题步骤：
①根据题意选取研究对象
②明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况。
③弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒。
④恰当地选取零势能面，确定研究对象在过程中的始态或末态的机械能。
⑤根据机械能守恒定律的列方程求解。
例题: 把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆，摆长为l，最大偏角为θ。小球运动到最低位置时的速度是多大？
O
C
A
θ
l
试分析：1、小球受哪些力的作用？哪些力对小球做功？小球机械能是否守恒？
【学生活动】 学生先独立思考，然后在练习本上做题。
教师巡视指导，然后挑选一名同学在黑板上展示解题过程，并给予点评。
解题过程：
解：选择小球在最低位置时所在的水平面为参考平面。
即 所以
师：你能不能直接用牛顿第二定律和运动学的公式来处理这个问题？
【学生活动】学生分组讨论后，由学生代表发言。
生：由于小球的运动是曲线运动，而且受到的合外力还是变力，不是匀变速运动，所以我们觉得解决不了。
师：很好，这就是应用机械能守恒定律解题的优点：机械能守恒定律只需考虑运动的始、末状态，不必考虑两个状态之间过程的细节，用它来处理问题要比牛顿运动定律更实用和方便。
【思考与讨论】如果在悬点正下方用一个钉子挡住细线，小球能摆到另一侧的C点么？
【演示实验】用笔挡住细线，重复摆动的实验。
（三）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。
（2）条件：只有重力（或弹力）做功
（3）表达式：
解题步骤：（1）选取研究对象，受力分析。
（2）由各力做功，判断机械能是否守恒。
（3）选取参考平面，确定始态或末态的机械能。
（4）由机械能守恒定律列方程求解。
（四）作业布置：
1、课后练习2、3、4题
2、课外探究，提升能力
为了保证过山车安全通过圆环，对释放的高度有什么要求？为什么每一环半径都在减小？