《4机械能守恒定律》设计

《4.机械能守恒定律》教学设计教学目标与核心素养教学目标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。核心素养物理观念：理解什么是机械能，能运用机械能守恒的适用条件与方程式，掌握动能和势能转化的关系，形成机械能守恒的物理观念。科学思维：学会在具体的问题中判定物体的机械能是否守恒。科学探究：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。科学态度与责任：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“挽弓当挽强，用箭当用长；射人先射马，擒贼先擒王。”这是杜甫的诗。跳高运动员总要充分地助跑才能取得好的成绩。请同学们思考下面的问题：1．为什么强弓能射得远？2．跳高运动员是以高度来计算成绩的，而他们为什么要提高自己的速度呢？难道速度与高度有什么联系吗？教师活动：指导学生分析上述问题中能量转化的例子，让学生初步体会“能量”在人类生活中的重要性。学生活动：积极思考，列举实例。学生代表发言，其他同学补充。教师活动：总结点评学生的发言情况，引出课题。一、追寻守恒课件展示：伽利略理想斜面实验。讨论（1）当小球沿斜面从高处由静止滚下时，小球的高度不断减小，而速度不断增大，这说明了什么？学生交流讨论总结：小球凭借其位置而具有的某一物理量在不断减小，而由于其运动而具有的某一物理量在不断增大。（2）当小球从斜面底沿另一斜面向上滚时，小球的位置不断升高，而速度不断减小，这说明了什么？学生交流讨论，总结：小球凭借其位置而具有的某一物理量在不断增加，而由于其运动而具有的某一物理量在不断减小。课件展示：调整斜面倾角，引导同学观察小球运动，指导学生用自己的语言描述看到的现象，改变倾角再看。结论：小球每次好像都“记得”自己的起始高度，到斜面的另一边，总要达到原来的高度。这个过程说明了小球凭借其位置而具有的某一物理量与其运动而具有的某一物理量在运动过程中是相互转化的，而其总量是保持不变的。教师活动：引导学生阅读教材，并用能量的观点，解释小球释放后为什么会重新回到原来的高度。总结：如果没有摩擦，小球向下运动时，重力势能向动能转化，小球在斜面底端的动能等于小球在初始位置时的重力势能；当小球向上运动时，动能向重力势能转化，小球上升到最高位置时的重力势能与底端时的动能相等，所以小球一定能上升到与斜面B等高的地方。事实上，小球在任何位置的动能与重力势能之和都相等，即机械能守恒。二、动能与势能的相互转化教师：我们下面看这样一个例子：演示：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。教师：在这个小实验中，小球的受力情况如何？各个力的做功情况如何？这个小实验说明了什么问题？教师总结：小球在摆动过程中受重力和绳的拉力作用。拉力和速度方向总垂直，对小球不做功，只有重力对小球能做功，重力做正功，小球的重力势能减少，重力做负功，小球的重力势能增加。该过程中重力势能和动能在不断转化。在摆动过程中，小球总能回到原来的高度。可见，重力势能和动能的总和不变。教师：上面几个例子都是说明动能和重力势能之间的相互转化，那么动能和另外一个势能——弹性势能之间的关系又是什么呢？我们看下面几个演示实验。①松开压缩的弹簧（势能向动能转化）学生思考：弹力分别做了什么功，弹性势能发生了怎样的变化？教师总结：弹力做功，弹性势能变化，弹力做正功，弹性势能减少，弹力做负功，弹性势能增加。三、机械能守恒定律物体沿光滑曲面滑下，只有重力对物体做功。用我们学过的动能定理以及重力的功和重力势能的关系，推导出物体在A处的机械能和B处的机械能相等。教师：为学生创设问题情境，引导学生运用所学知识独立推导出机械能守恒定律。让学生亲历知识的获得过程。学生：独立推导。教师：巡视指导，及时解决学生可能遇到的困难。推导的结果为：即也即可见：在只有重力做功的物体系统内，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。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，总的机械能也保持不变。1.机械能守恒定律：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，总的机械能也保持不变。这就是机械