高一物理第四章 第4节机械能守恒定律教案

王铁军

1．知识与技能

（1）了解动能与重力势能之间的相互转化，初步领会机械能守恒定律的内容。

（2）会正确推导自由落体过程中的机械能守恒定律。

（3）正确理解机械能守恒定律的含义及适用条件，并能判断物体机械能守恒的条件，会合理选择零势面．

（4）分析实际生活中的事例，进一步理解机械能守恒定律的含义及适用条件。

（5）掌握应用机械能守恒定律的解题步骤，知道机械能守恒定律处理问题的优点，提高运用所学知识综合分析、解决问题的能力．

2．过程与方法

    (1) 通过讨论与交流，使学生知道物体的动能和势能之间是如何实现相互转化的.

    (2) 通过理论推导，掌握机械能守恒定律的推导方法与过程.

    (3) 通过讨论与交流，知道机械能守恒的条件——只有重力和弹力做功．加深对机械能守恒条件的理解．

    (4) 通过例题的讲解，掌握应用机械能守恒定律解题的一般步骤，知道利用机械能守恒定律解题的优点．

3．情感、态度与价值观

    (1) 通过讨论与交流，培养学生勤于思考的习惯、积极合作的态度、敢于提出问题的胆识、准确的表述能力．

    (2) 通过理论推导机械能守恒定律，培养学生灵活应用所学知识的能力，提高学生的推理论证能力．

    (3) 通过对例题的分析，培养学生灵活处理实际问题的能力，如将实际问题抽象化，抓住主要因素而忽略次要因素等能力．

4.重点难点：

1．推导机械能守恒定律。

2．正确理解机械能守恒定律的含义及适用条件

3. 会用机械能守恒定律解决力学问题

 

三、教学过程：

（一）   引入新课：

(师)提出问题：1、动能和势能间是否可以相互转化?

先看一个小实验,把滚摆往上卷起一定的高度,然后由静止释放,观察滚摆的运动,这个实验说明了什么?

(生) 动能和势能间是可以相互转化,如何转化的呢?

下降过程: 铁轮高度减小，重力势能减小，但速度增大，动能增大

上升过程: 铁轮高度增大，重力势能增大，但速度减小，动能减小

 板书:一、动能和势能间是可以相互转化

动能与势能（包括重力势能和弹性势能）统称为机械能,用E表示，即E=E_K+E_P

(师)2、动能和势能之间的相互转化是通过什么来实现的?

举例说明  教材图片-----蹦床运动,分几个阶段来分析:

(生)蹦床把运动员抛出时, 弹性势能转化为运动员的动能,弹力对运动员做功

运动员上升过程中,动能转化为重力势能,重力做负功

运动员下降时, 重力势能转化为动能, 重力做正功

接触蹦床后,动能转化为蹦床的弹性势能,运动员克服弹力做功

板书:通过重力或弹力做功来实现的。

(师)再看一个小实验

金属球用线悬挂起来,在黑板上画一条水平线,这里用手按住,小球静止在这里,将他拉离平衡位置,然后由这根线处静止释放,观察小球的运动,小球左右摆动起来,左右摆动的高度是一样的,等于释放时的高度

这个实验告诉了我们些什么呢?我们猜想当中有一个量是守恒的,这个量是什么呢?

是机械能.为什么呢?

动能守恒?小 势能守恒? 小球在最低V最大,动能最大,小球在最高点V=0动能为零

从最高点到最低点重力势能转化为动能,从最低点到最高点动能转化为重力势能

猜想：小球的机械能是守恒。
（Ek+Ep=定值）

二、理论推导动能和势能相互转化的规律                                                                 ------机械能守恒守恒

            以小球的自由落体为例：

    一个质量为m的小球自A点开始自由下落。经过高度为h1的B点时速度为V1 下落到高度为 h2的C点时速度为V2 ，

从B点到C点，小球是重力势能减小但它的动能增大了

Ek+Ep=定值

推导 EC= EB 即 Ek2+Ep2=  Ek1+Ep1

(提示)从B点到C点,由动能定理得：

           （1）

（1）式表示，重力所做的功等于动能的增加

另一方面，由重力做功WG与重力势能变化∆EP的关系：

          W_G=mgh₁-mgh₂      (2)

（2）式表示，重力所做的功等于重力势能的减少。由（1）式和（2）式可得：

         （3）

由（3）式可知，在自由落体运动中，重力做了多少功，就有多少重力势能转化为等量的动能。通过对（3）式移项后可得：

或写成E_K2+E_P2= E_K1+E_P1  （4）

（4）式表明，在自由落体运动中，动能和重力势能之和即总机械能保持不变

板书：

二、机械能守恒定律

（1）．内容：在只有重力做功的情况下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变．

  （2）．表达式：Ek2+Ep2=Ek1+Ep1

(3) 适用条件：只有重力做功。

（师） 进一步认识机械能守恒定律

    下面我们对机械能守恒的适用条件进行扩展．我们可想像到，在光滑的水平面上，放开一根被压缩的弹簧，它可以把跟它接触的小球弹出去，这时弹簧的弹力做功，弹簧的弹性势能转化为小球的动能．以后可以证明：在弹性势能和动能的相互转化中，如果只有弹力做功，动能和弹性势能之和保持不变，即机械能守恒，所以机械能守恒的适用条件还有：

板书2．在只有弹力做功的情形下，物体系（弹簧和物体）的机械能也守恒。

（师）有没有其他方法推导出机械能守恒定律?

下面提供几个运动模型

1、      物体平抛运动

2、      光滑斜面上物体的运动

（师）你对“只有重力作功”是如何理解的

？

（1）物体只受重力作用。

（2）物体除受重力外，还受其他力作用，但其他力不做功。

（3）物体除受重力外，还受其他外力作用，但其他力所做功的代数和为零。

例.  下列几个物理过程中,机械能一定守恒的是(不计空气阻力)    (   C E     )

  

A、  放在粗糙斜面的物体加速下滑的过程

B、在拉力作用下,物体沿光滑斜面匀速上滑的过程

C、物体沿光滑半圆形曲面自由下滑的过程

 

D、气球匀速上升的过程

  

E、将物体竖直向上抛出,物体减速上升的过程

作业：做课本练习P₇₈第（4）、（5）题。

说明：

　　1．机械能守恒定律是本意的重点，学生对定律的得出、含义、适用条件应该有明确的认识。这是能够用这个定律解决力学问题的基础。教学中首先要着重这些内容，而不要一开始就着重解题。

　　2．课本是就自由落体的情形推导机械能守恒定律的，教师可以补充就平抛抛运动进行、物体沿光滑斜面运动推导。课后可建议学生就自由落体运动的情形独立推导这个定律，以加深对这个定律的认识，提高推导论证的能力。

　　3．学生对机械能守恒定律的适用条件应该有明确的认识，并且会根据适用条件判断具体过程中机械能是否守恒，这是应用机械能守恒定律解决问题的前提。课本练习第2题就是为了使学生明确定律的适用条件而设的。

　　4．课本对机械能守恒定律的表述，限于动能和重力势能相互转化的情况。有弹性势能参与转化的情况，只要求学生知道，并能定性地解释有关的现象。