3机械能守恒定律.doc

高一物理教案 3机械能守恒定律3机械能守恒定律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、理解机械能守恒定律的内容：（1）理解、掌握机械能守恒定律的条件；（2）掌握机械能守恒定律的几种表达方式；（3）初步了解应用机械能守恒定律解决问题的方法；3、在具体问题中，能判定机械能是否守恒；4、能正确判断系统的机械能，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系统的机械能是否守恒；2、通过理论证明机械能守恒的过程，培养学生的推理、归纳能力；3、进一步加强从“功”和“能”的角度分析、处理问题的意识和能力。情感态度价值观：通过对于“机械能是否守恒问题”的研究，培养学生建立物理学中研究问题的基本思路：提出问题实验探究理论证明得出结论实际应用。在本课的教学中注意将科学技术与物理课堂结合：时间传感器的使用、利用excel处理实验数据，能够提高学生做物理实验的科学素养。教学重点1、掌握机械能守恒定律的条件。2、在具体问题中能判定机械能是否守恒。教学难点1、在实验探究、理论证明、不同情况的分析比较中体会能的转化，进而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。教学设计思想1、机械能守恒定律的得出，采用实验探究+推倒演绎的方法。在实验探索过程中注意新技术的应用，打破传统实验模式（例如利用滚摆实验等），采用友高数字化实验室的实验器材进行定量研究，有助于提高学生的科学素养，培养学生的实验探究能力和研究问题的兴趣。2、机械能守恒的条件，在教学时采用列举实例，归纳总结的方法。这部分内容的处理突出物理学中的物理情景的作用，让学生通过对真实情景的抽象、分析从而得出物理的概念和规律。渗透研究物理问题的方法和思路，有助于学生建立物理思想。教学用具课件、气垫导轨、时间传感器、数据采集器、excel软件课时安排2课时（本课为第一课时）教学环节教学内容与教师活动学生活动设计意图引入新课：新课教学实验研究理论分析守恒条件拓展：弹性势能与动能转化的情况（一）动能和势能是可以相互转化的：在实际生活中我们能见到下面几种情景：1、用多媒体展示下述物理情景：A、“打桩机”重锤下落的过程；B、“过山车”翻滚的过程；C、运动员撑杆跳的过程；2、请分析上述物理情景中能量是如何转化的？总结：通过上述分析，我们得到动能和势能之间可以相互转化，你还能举一些动能、势能相互转化的例子吗？过渡：可见动能、势能相互转化的情况 在生活中非常普遍。那么在动能势能的转化过程中，动能的变化量和势能的的变化量有什么关系呢？这就是我们本节课要研究的内容。（二）机械能守恒定律的研究：板书：研究的问题：物体在动能和势能转化过程中，动能的变化量和势能的变化量之间存在什么关系？引导：物理学是一门实验科学，研究物理问题很重要的一种方式是从实验入手，对于这个问题我们也从实验入手研究。一、实验研究：（1）实验原理：动能和势能相互转化的情况非常多，我们从最简单的情况开始研究。我们选用“物体沿着光滑斜面下滑”的情景来研究。请谈谈你的实验设想。物体在光滑斜面上下滑过程中，重力势能和动能发生相互转化。我们如果能够知道物体经过其中两点时的瞬时速度以及这两点之间的高度差就可以知道物体的动能变化、重力势能变化了。；Ep=mgh1-mgh2=mgh(2)需要测量的物理量：V1，v2，h（3）实验装置：问题：怎么实现物体在“光滑斜面”下滑？怎么测量物体在A、B两点的瞬时速度？用一端垫高的气垫导轨提供光滑斜面，用时间传感器测量瞬时速度。气垫导轨和时间传感器的使用在前面实验课中已经学习过了。实验装置图：G1、G2：光电门D：挡光片C：滑块（4）设计实验记录的表格：问题：根据实验装置，根据需要测量的物理量，我们来设计一个记录和处理实验数据的表格。强调：为了更加方便的处理数据，采用excel来处理实验数据，将实验数据表格在excel中实现。（5）实验操作，记录数据：请两个同学来共同完成这个实验，其余同学来观察他们实验。反复进行三次实验。（6）处理实验数据：（7）根据数据得出结论：物体在气垫导轨上下滑过程中，动能势能发生相互转化，重力势能的减少量和动能的增加量几乎相等，误差在5%以内，以我们目前的实验条件这个误差是允许的。因此我们可以得出这样的结论：物体在光滑的斜面上下滑的过程中，动能和势能相互转化，动能的增加量和重力势能的减少量几乎相等。二、理论分析：提出问题：为什么滑块在光滑斜面上下滑的过程中动能的增加量和重力势能的减少量几乎相等呢？你能不能从以前学过的规律中找到理论支持？物理上对于一个问题的研究：不仅仅要通过实验手段比较直观地得到结论，还要对所得到的结论进行理论的研究。重现刚才的实验情景：如图所示为上述实验的情景，质量为m的滑块沿着光滑的斜面下滑，不计空气阻力。经过高度为h1的A点时速度为v1，下落到高度h2为的B点时速度为v2，物体动能的增加量和重力势能的减少量为什么相等？引导：式子的含义是什么？还可以怎样表达？含义是什么？总结：我们依据“动能定理”和“重力做功与重力势能的改变量的关系”有关知识从理论上证明了在滑块沿着气垫导轨下滑过程中动能势能相互转化，动能的增量等于重力势能的减少量，或者说机械能的总量保持不变。三、机械能守恒的条件：提出问题：是所有的有动能、势能相互转化的情况中动能的变化量和重力势能的变化量都相等吗？ 我们再来研究几种情景。情景一：一个质量为m的物体自由下落，不计空气阻力。经过高度为h1的A点时速度为v1，下落到高度h2为的B点时速度为v2，请思考：物体动能的增加量和重力势能的减少量之间有什么关系？为什么有这样的关系？情景二：一根细绳上端固定，下端系着一个小球，当绳处于竖直位置时，小球处于静止状态，将小球拉离平衡位置后释放，会看到小球沿着一个圆弧在平衡位置两侧往复运动。不考虑空气阻力的影响。请思考：小球在由B向O的摆动中动能的增加量和重力势能的减少量之间有什么关系？为什么有这样的关系？总结：我们研究了“物体沿光滑斜面下滑”、“自由落体运动”、“单摆”三种情况，研究结果表明：在这些情况中物体的动能和势能发生相互转化，并且动能的增加量=重力势能的减少量即机械能的总量保持不变，这时物体没有与外界发生能量交换我们把这种情况称为机械能守恒。过度：前面我们研究了三个情景中机械能都是守恒的：（1）请问：上述三种运动有什么相同之处？你能归纳出机械能守恒的条件吗？（2）“只有重力做功”包含几种情况？上面我们研究的都是重力势能和动能转化的情景，下面我们看一个弹性势能和动能转化的情景：弹簧振子情景：装置介绍：用长线悬起一个物块，在物块的两侧水平地拉起两根同样的质量很小的弹簧，弹簧质量比物块质量小很多可以忽略不计。当把物块拉向一侧后放开，物块便在弹簧的弹力作用下振动起来。请分析：（1）物块左右振动的过程中能量是如何转化的？通过哪个力做功完成的？（2）弹簧和小球构成了一个弹性系统，这个弹性系统与系统以外的物体有能量交换吗？（3）类比地得到机械能守恒的条件？（4）所谓只有弹簧弹力做功，包括哪几种情况？强调：此时弹簧和小球构成一个弹性系统。弹簧的弹性势能；小球的动能都属于这个系统的机械能。 物体的重力势能由物体相对于地球的位置决定的，因此物体的重力势能确切地说应该是物体和地球共有的重力势能。但是通常为了叙述的方便说成是物体的重力势能。那么我们在前面研究的几种情况中的机械能应该是指物体和地球这个系统拥有的机械能。我们从“实验”和“理论”两个角度研究了“系统中有动能和势能相互转化过程中，动能的变化量和重力势能的变化量的关系”，得到这样的结论：系统内动能和势能发生相互转化在一定条件下系统机械能的总能能够保持不变即系统与外界没有能量交换机械能守恒定律。板书：机械能守恒定律一、内容：在只有重力做功（或者弹簧弹力做功）的系统内，动能和势能发生相互转化，但是系统的机械能的总量保持不变。二、条件：物体只受重力；物体只受弹力；物体受其它力，但是其它力不做功；三、表达式：（1）（2）强调：在目前的学习中不要求计算弹性势能，只要求计算重力势能。因此只写重力势能和动能守恒的表达式。学生分析：A、重力势能转化为动能；B、过山车下降时：重力势能转化为动能；上升时动能转化为重力势能；C、弹性势能转化为动能可能会有适当的补充。学生举例：自由落体；平抛运动。学生思考、讨论、表达：（1） 物体从A点下滑到B点的下降的高度；（2） 物体经过A、B点时的速度学生根据前面“匀变速运动瞬时速度的研究”知道使物体在气垫导轨上下滑可以近似认为物体在光滑斜面上下滑；可以使用时间传感器来测量物体的瞬时速度。师生共同讨论，完成实验表格的设计两个同学配合进行实验，一个控制传感器的软件，一个进行实验操作。一个学生进行实验数据处理。学生表述研究的结果学生分析：（1）在物体下滑过程中，物体受重力、支持力的作用，但是只有重力做功，据动能定理得：（2）又据重力做功与重力势能的关系得到：（3）解释上述式子的含义：在表达式中等号左边是物体动能的增加量，等号右边是物体重力势能减少量，该表达式说明：物体在下滑过程中，重力做了多少正功，物体的重力势能就减小多少，同时物体的动能就增加多少。回答：还可以这样等号左边是物体在末位置时的机械等号右边是物体在初位置时的机械能，该式表示：在该动能势能相互转化的过程中动能和势能之和即总的机械能保持不变。学生独立完成分析：（1）由于物体做平抛运动，只受重力作用，且重力做正功，据动能定理得：（2）又据重力做功与重力势能的关系得到：（3）学生分析。学生答：相同点是在上述三种情况中只有重力对物体做功；不同之处是物体运动的路线不同，自由落体运动是直线运动，而平抛运动是曲线运动。机械能守恒的条件：只有重力做功。两种情况：（1）只受重力；（2）受其它的力但是其它的力不做功；学生答：（1）在小球往复运动中弹簧的弹性势能和小球的动能相互转化。（2）类比得到：如果有弹簧弹力做功，动能和弹性势能之和保持不变，即机械能守恒。（3）包括以下两种情况：第一种情况：力；物体只受弹力作用，不受其他的力；第二种情况：物体除受弹力外还受其他的力，但其他的力不做功实际生活中情景，预示本节课的内容有很强的实用性。提出问题渗透物理学的学科思想：实验研究建立情景。关于“实验实现手段”的探究由于学生基础的限制采用老师提出的方式。直接给出依据刚才的实验进行理论分析。同时渗透物理学研究方法。直线运动情景由直线运动例举到曲线运动，为学生归纳条件作铺垫。本节重点之一：明确什么是“机械能守恒”。在前面情景的基础之上，学生进行归纳。创设情境。由“重力势能”和“动能”的转化扩展到“弹性势能”和“动能”的转化。总结本节课研究结论。巩固训练略板书设计机械能守恒定律一、内容：在只有重力做功（或者弹簧弹力做功）的系统内，动能和势能发生相互转化，但是系统的机械能的总量保持不变。二、条件：物体只受重力；物体只受弹力；物体受其它力，但是其它力不做功；三、表达式：（1）（2）作业课后反思机械能守恒定律教学课例123中学 田立元（一）教材分析：本节课是本章教材的重点内容。本节教学要使得学生建立起用功和能量转化的观点分析物理问题的意识和能力。本节教学重点有两点：1、什么是机械能守恒？2、机械能守恒的条件？关于“什么是机械能守恒？”要使得学生和“机械能不变”做区分，强调机械能守恒是系统内只有动能和势能的相互转化，而系统没有与其它形式的能发生转化的情况下机械能的总量保持不变。关于“机械能守恒的条件”要注意区分“只有重力作功”和“只受重力”的区别。（二）学生情况分析：授课班级的学生是普通学校的学生，对于新问题的学习能力较为一般；对于所学知识的应用能力较为一般；思维比较活跃，但是思维深度不够。（八）教学过程流程图：条件总结归纳弹簧振子单摆自由落体物体沿光滑斜面下滑新课引入：以视频形式播放生活中常见的情景，引起学生对动势能转化问题的兴趣，以及研究该问题具有的实际意义。实验探究从实验情景中抽象物理模型理论分析得出实验结论设计实验数据记录表格学生操作实验记录数据学生利用所学知识进行理论分析设计实验方案建立情景研究机械能守恒的条件（十）友高数字化实验室在本节课的运用及其作用评价：本节课以友高数字化实验室中的时间传感器配合气垫导轨使用为探究实验的实验