爱华网高中物理(必修二)课时教案
7.8 机械能守恒定律
教学目标
1、知识与技能目标
⑴理解机械能和机械能总量的概念（动能、势能统称为机械能，它们的总和即为机械能总量）；
⑵掌握机械能守恒定律的内涵（由对象、条件、结论组成）和外延（宏观、低速，惯性参考系成立）；
⑶理解机械能守恒定律条件的实质（能量只在机械动能和势能之间转化）；
⑷初步会用定律分析实际过程机械能是否守恒（功法和能量转化法）。
2、过程与方法目标
⑴理解机械能守恒定律的得来过程：提出问题→实例探究→发现结论→理论推证→总结规律→初步应用，领悟发现物理规律的一种科学方法——实例探究+演绎推理法，提高探索发现能力；
⑵理解构建机械能守恒定律结构的方法及其意图（机械能守恒定律来龙去脉结构化，使学生形成知识组块，提高直觉思维能力）。
3、情感、态度与价值观目标
⑴初步树立变中有恒、能量守恒、物质不灭等辨证唯物主义观点；
⑵初识寻找守恒量的意义；
⑶初识机械能守恒定律的空间对称美。
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。
教学方法
（一）教学手段的选用
投影仪和电脑。其作用有：将物理情境、规律的推理过程、机械能守恒定律的内容和机械能守恒定律知识方法结构，形象、直观地展示出来，帮助学生思考、分析、推理、理解和领悟。
（二）教学方法的选择
1、指导思想：(1)有利于学生参与对概念、规律等内容的探究认识过程(主体性、探究性)；(2)顺应学生认知、能力、心理和情感发展规律（发展性、和谐性）；（3）遵循发现物理规律的一般程序、思维方法和实验依据（方法性和规律性）。
2、教学方法：教师指导与学生探究相结合的发现法。
教学工具
投影仪、细线、小球、带标尺的铁架台、弹簧振子。
教学过程
（一）引入新课
碰鼻实验：如图所示，把悬挂重球拉至鼻尖由静止释放，实验者立于原位不动，小球来回摆动，学生观察者怕重球碰坏了鼻子，可事实重球碰不到鼻尖。
为什么？解释这种现象要用到新的力学理论——机械能守恒，今天学习机械能守恒定律，用多媒体展示出课题。
让一位学生上台表演重球实验，以惊激趣，以趣生疑，以疑引思，迅速激起学生的兴趣，集中注意力，激发探究欲望。
（二）进行新课
1、动能与势能的相互转化
演示实验1：如右图，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，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，如图甲。
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，如图乙。
问题：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？
学生观察演示实验，思考问题，选出代表发表见解。
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。
实验证明，小球在摆动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保持不变。即机械能保持不变。
演示实验2：如图，水平方向的弹簧振子。
用弹簧振子演示动能和弹性势能的相互转化。
问题：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？
学生观察演示实验，思考问题，选出代表发表见解。
小球在往复运动过程中，竖直方向上受重力和杆的支持力作用，水平方向上受弹力作用。重力、支持力和速度方向总垂直，对小球不做功；只有弹簧的弹力对小球能做功。
实验证明，小球在往复运动过程中弹性势能和动能在不断转化。小球在往复运动过程中总能回到原来的高度，可见，弹性势能和动能的总和应该保持不变。即机械能保持不变。
总结、过渡：通过上述分析，我们得到动能和势能之间可以相互转化，那么在动能和势能的转化过程中，动能和势能的和是否真的保持不变？下面我们就来定量讨论这个问题。
2、机械能守恒定律
㈠介绍概念
提问什么是机械能与机械能总量？
学生易答：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能，它们的总和即为机械能总量。
简易内容教师不必讲解，学生回答正确即可。
㈡提出问题
现实物理世界存在着大量的动能与重力势能（或弹性势能）相互转化的实例，如自由落体下落过程重力势能不断减小，动能不断增加，重力势能转化为动能；竖直上抛的物体在上升过程中则相反，动能减小，重力势能增加，动能转化为重力势能；拉紧的箭在未离开弦出射过程中，弓弦的形变减小，弹性势能减小，箭的动能增大，弹性势能转化为动能，等等。那么，物体的动能与势能发生相互转化时机械能总量是变还是不变呢？
例1、物体作竖直上抛运动，空气阻力不计，试探究抛出点、最高点和上升过程中任意一点，物体机械能的关系。
探究：取地面为重力势能零势能面，设抛出点的机械能为E1，最高点的机械能为E2，任意点对应的高度为h，物体对应的速度为v，机械能为E3，
例2、如图所示，物体沿固定斜面下滑，由1→2→3（空气阻力不计，1、2之间光滑，2、3之间粗糙），试分析1、2、3三个位置机械能的关系。
探究：取地面为重力势能零势能面，则
例1用竖直上抛运动知识分析，例2用动能定理和重力做功特点分析，一方面可培养思维的发散性、灵活性，另一方面可提高学生对结论的可信度。根据维果茨基的“最近发展区”理论，例1让基础一般的学生分析探究，例2让基础较好的学生探究，下面的理论推证应引导让更好一些的学生作答，具体过程用多媒体展示，让不同层次的学生均有表演的机会，获得成功感。
㈢初得结论
物体在运动过程中，如果只有重力做功，机械能的总量保持不变，如果还有其他力做功（总功不为零），则机械能的总量要变。
通过具体特例探究，让学生归纳发现结论，是学生养成探究习惯，提高探索发现能力的有效途径。
㈣理论推证
提问：上述结论是否具有普适性呢？
设置一个一般过程作进一步分析与研究。如图所示，物体从空中竖直面的高为h1的位置1运动到高为h2的位置2，速率由v1变化到v2，受力有重力mg和空气阻力f，假设还受一个拉力F作用（F为动力）。
在W其它力=0中，如果其它力始终不做功，即只有重力做功，则机械能始终不变（即机械能守恒），由此可得机械能守恒定律。
发现物理规律有三种基本方法：实验归纳法、演绎推理法和类比、臻美推理法。要向学生指出，这里采用演绎推理法，在定律的推理分析过程中，培养学生的抽象思维能力和逻辑推理能力。通过物理概念、规律教学，要让学生领悟研究物理的科学方法，提高学生的思维能力和类科研能力。
㈤总结规律
机械能守恒定律：
对象：系统（物体与地球组成的系统）
条件：只有重力做功（即没有阻力做功、其它力不做功）
结论：能量只在动能和重力势能之间转化，机械能总量保持不变。数学表达式为
mv22/2+mgh2=mv12/2+mgh1（空间对称美的体现）
或mv2/2+mgh=恒量
范围：在低速、宏观领域适用，相对于惯性参照系成立。
对定律条件的实质性理解：没有滑动摩擦阻力做功，保证机械能不向其他形式能（如热能）转化；其它外力不做功，保证系统与外界没有能量交换，从而保证系统机械能守恒。
同理可知，物体和弹簧组成的系统，在物体运动过程中，如果只有弹力做功，那么总机械能（动能与弹性势能之和）也保持不变。
综合归纳：物体系（运动物体、弹簧、地球）在状态变化过程中，如果只有重力和弹力做功，那么，物体系的动能、重力势能和弹性势能的总和保持不变——机械能守恒定律的一般表述。
把机械能守恒定律的内容分为定律对象、条件、结论和使用范围进行表达和对定律条件作实质性的分析，一是可避免部分学生死背定律内容，二是有利于学生从能转化的高度真正理解和掌握机械能守恒定律条件的物理意义。机械能守恒定律的内容总结得与教材不同，且以教师叙述、解释为主，体现教师的主导性和创造性。
㈥规律应用
1、开头的演示实验：重球在摆动过程中克服空气阻力做功，机械能不断减少转化为内能，所以重球摆动不到初始高度，碰不到鼻尖。而且，摆动次数越多机械能损失越多，重球离鼻尖越远（能量转化法分析）。
经过紧张思维活动，得到机械能守恒定律，至此，学生能应用定律解释开始的演示实验现象，并能对实际问题机械能是否守恒作出分析判断，学生脸上露出了成功的喜悦。
2、如图所示，人拉物体沿光滑斜面匀速上升，物体的机械能不守 恒，因为人拉物体做功，人有能量转化为物体的机械能，因此，物体的机械能增加。若物体上滑过程中不受人的拉力，则物体的机械能守恒（能量转化法分析）。
3、弹簧上端固定，下端悬挂小球作上下振动的过程中，对物体和弹簧系统，因为只有重力和弹力做功，所以机械能守恒（功法）。
4、火箭起飞阶段加速上升，向下喷出的气体作用于火箭的上升力，对火箭做正功，火箭的机械能增加（功法）。
通过以上四例的分析，可总结出判断机械能是否守恒的两种方法：功法（是否满足只有重力和弹力做功）和能量转化法（有无机械能与其他形式能发生转化）
通过具体问题的分析，总结出方法，提高学生的直觉迁移能力、分析解决问题的能力。
情感态度与价值观教育：
1、寻找守恒量的意义：自然界千变万化，但有些物理量在一定条件下是守恒的，可以用这些“守恒量”表示自然界的变化规律。寻找“守恒量”已经成为物理学研究中的重要方面，“守恒”既是一种思想，也是一种方法。
2、通过机械能守恒定律的教学，让学生初步树立变中有恒、能量守恒的思想和物质不灭等辨证唯物主义观点，今后还将学习能量守恒定律、电荷守恒定律等等。
3、认识机械能守恒定律的空间对称美，使学生意会物理学科处处隐含美，激发学生心灵深处热爱物理学的情感，逐步培养为人类的科技进步事业和人类的文明和幸福，学好物理学、探索物理学，将来献身物理学的优秀品质和科学精神。
挖掘物理知识的思想性、方法性、哲理性和审美性，发挥物理知识的教育性、综合性（文理综合）功能（略讲）。
板书与小结
7.8机械能守恒定律
一、动能和势能统称为机械能。
二、机械能守恒定律：
1、在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能相互转化，但机械能的总量保持不变。
2、表达式：
三、机械能守恒定律的条件：
1、从能量转化的角度看，只有系统内动能和势能相互转化，无其它形式能量之间（如内能）转化。
2、从系统做功的角度看，只有重力或弹力做功。
布置作业
课本“问题与练习”中1～5题．
