《2.3 机械能守恒定律》教学设计

　　【教学内容】

　　第二单元第3节第2课时：机械能守恒定律。

　　【教学目标】

　　1.：知道机械能的定义；掌握机械能守恒定律，知道它的含义和适用条件；会用机械能守恒定律处理力学问题，知道应用这一定律的基本步骤和应用它处理问题的优点。

　　2.通过机械能守恒定律的建立过程及运用，逐步学会运用能量守恒的观点分析求解力学问题。

　　3.通过对机械能守恒定律的理解与运用，体会变与不变的辩证关系，培养理论联系实际的学习习惯。

　　【教学重点】

　　机械能守恒定律。

　　【教学难点】

　　机械能守恒定律的运用。

　　【教具准备】

　　小球、铁架台、细线，PPT课件等。

　　【教学过程】

　　◆创设情境──引出课题

　　1．复习回顾上节内容

　　（1）重力势能的大小与什么因素有关系？怎样计算重力势能？

　　（2）动能的大小与什么因素有关系？怎样计算动能？

　　（3）弹性势能的大小与什么因素有关系？

　　2．引导学生做教材第67页“碰鼻实验”并进行讨论

　　（1）小球运动中，它的重力势能、动能发生变化吗？怎样变化？

　　由最高点到最低点，重力势能减少，动能增加；由最低点到最高点，重力势能怎加，动能减少。

　　（2）物体总共具有多少机械能？

　　释放时具有的重力势能。

　　（3）每次都能回到出发点，没有高出出发点，说明什么？

　　说明运动中小球的机械能没有增加。

　　3．提出问题：小球运动中，机械能总量如何变化？

　　◆合作探究──新课学习

　　一、物体运动中势能与动能的转化

　　1．重力势能与动能的转化：

　　（1）演示与举例：从高处下落的小球，越落越低，具有的重力势能越来越小；同时越落速度越大，动能越来越大，它的重力势能转化成了它的动能。

　　上抛的物体上升过程中，高度越来越高，重力势能越来越大；同时速度越来越小，动能越来越小，它的动能转化成了它的重力势能。

　　小球下落到竖直的弹簧上，弹簧被压缩，具有的弹性势能越来越大，同时小球越来越低，重力势能越来越小，速度越来越小，动能越来越小，它的动能、重力势能转化成了弹簧的弹性势能。小球下落到最低点后，又被弹簧推着上升，弹簧的弹性势能越来越小，小球的重力势能越来越多，弹簧的弹性势能转化成了小球的重力势能及动能。

　　过山车运动中不停发生动能与重力势能的相互转化。

　　2．归纳小结：

　　物体的动能、势能可以相互转化。

　　3．提出问题：物体的动能与势能相互转化过程中，机械能的总量是增加、减少、还是保持不变？

　　二、机械能守恒定律

　　1．探究下落物体运动中的机械能

　　以打桩机重锤的运动为例：不计空气阻力，设想质量为m的重锤从距地面H高度处由静止下落，选地面为重力势能零位置：

　　释放时重锤的机械能总量：

　　下降到距地面h高度处的速度大小为v₂，则此时的机械能总量为：

　　，由匀变速直线运动的速度位移关系式有：，由两式可得：

　　下落到地面时重锤的机械能总量为：，由匀变速直线运动的速度位移关系式有：，由两式可得：

　　2．归纳小结：下落运动的物体，若只受重力的作用，下落运动中重力势能转化为动能，但机械能的总量保持不变；同理可以证明只受重力作用，上升物体运动中它的动能转化为重力势能，机械能的总量保持不变。

　　这一结论对沿任意路径运动的物体都成立。如“碰鼻实验”中，如果不计空气阻力，小球的机械能就保持不变，将永远来回运动下去。

　　3．动能、重力势能与弹性势能转化过程中的机械能

　　科学研究证明，如没有其它阻力，仍然是机械能总量保持不变。

　　4．机械能守恒定律的内容

　　（1）内容：在没有摩擦力和介质阻力的情况下，一个物体只受重力（或弹力）作用，发生动能和势能的相互转化时，机械能的总量保持不变。

　　保持就是守住的意思，恒就是不变的意思，所以这一结论叫“机械能守恒定律”。

　　（2）机械能守恒的条件：只有重力对物体做功。满足这一条件有两种情况：一是物体只受重力作用，当然只是重力做功了，如不计空气阻力时在空中运动的物体；另一种情况是，物体虽然还受有其它力，但其它力不做功，那也只是重力做功了，如在光滑斜面上运动的物体，由于斜面的支持力与位移垂直，不做功。

　　（3）注意事项：机械能守恒不守恒，关键看物体所受力的做功情况，与运动形式无关。保持不变的是机械能总量，是动能、重力势能、弹性势能的总和。

　　5．机械能守恒定律的两种表示：

　　（1）机械能总量不变形式：

　　（2）重力势能的增量（减量）等于动能的减量（增量）形式：

　　◆案例研究──巩固所学

　　1．案例研究

　　例1 讲解教材第67页“例题3”：熟悉运用机械能守恒定律的一般思路和程序。

　　例2 讲解教材第68页“例题4”：再加上牛顿定律解法，最后说明：运用机械能守恒定律求解力学问题比运用动能定理、牛顿运动定律要方便得多，这是因为它不需要计算各力的功，不需要考虑速度的方向，不需要考虑运动过程的具体细节，只需分析是否只是重力做功，选取运动中的两个状态列式即可。

　　◆归纳小结──运用机械能守恒定律分析求解力学问题的思路与程序

　　选择物体的运动过程；分析物体运动过程中所受到的外力；分析运动过程中每个力的做功情况，若只有重力做功，则物体在这一运动过程中的机械能守恒；选出运动过程中的两个状态列式，一般选势能、动能已知的一个状态和机械能总量表达式中含有位置量的一个状态。

　　列式时，一般采用势能的增量（减量）等于动能的减量（增量）形式，这样不需要选择重力势能的零位置。

　　2．课堂练习：

　　学生分组练习：教材第69页“思考与练习”1、2、3。

　　3．引导学生归纳总结学习要点。（见板书设计）

　　【布置作业】

　　1．复习所学内容，完成“思考与练习”4。

　　2．总结本单元学习内容。

　　【板书设计】