省优质课机械能守恒定律教案

机械能守恒定律

一、教学目标

1、知识与技能

(1) 知道什么是机械能，理解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和适用条件。

(3) 会判定具体问题中机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律分析实际问题。

2、过程与方法

(1) 学习从物理现象分析、推导机械能守恒定律及适用条件的研究方法。

(2) 初步掌握运用能量转化和守恒来解释物理现象及分析问题的方法。

3、情感、态度与价值观

体会科学探究中的守恒思想，养成探究自然规律的科学态度，领悟机械能守恒规律解决问题的优点，形成科学价值观。

二、教学重点和难点

1、教学重点

(1) 机械能守恒定律的探究、推导与建立，以及机械能守恒定律含义的理解。

(2) 机械能守恒定律的条件和机械能守恒定律的实际应用。

2、教学难点

(1) 机械能守恒的条件及对机械能守恒定律的理解。

(2) 能正确分析物体系统内所具有的机械能，判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。

三、教学方法和教具

1、教学方法：

实验探究、启发诱导、归纳总结、应用拓展、多媒体辅助教学

2、教具：

铁架台、铁夹、玻璃棒、细线、小钢球、摩擦计、弹簧振子

五、教学过程

（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。提出疑问，引入新课。

(新课讲授)

引导学生回忆本章学习过那些形式的能量，重力势能、弹性势能、动能。

一、 机械能

1、 机械能：动能和势能（重力势能和弹性势能）统称为机械能。

物体的机械能为动能与势能的和。

2、 表达式：E=EK+EP

3、 机械能是标量，具有相对性。

先选取参考平面和参考系才能确定机械能（一般选地面）。

4、 动能与势能的相互转化

例子：多媒体播放图片

①自由落体运动

重力势能动能 平抛运动、小球在光滑斜面上向下运动、瀑布、高山滑雪

②竖直上抛运动的上升过程 动能 重力势能

小球沿光滑斜面向上运动、背越式跳高

③姚明投出的篮球 上升过程：动能重力势能

下降过程：重力势能 动能

掷出的铅球、单摆、过山车

④玩具飞机 弹性势能动能

射箭、蹦床、水平弹簧振子

通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化为另一种形式。

那么，在动能与势能的相互转化过程中，机械能的总量是否发生变化呢？

引导学生猜想：机械能的总量不发生变化。

二、 机械能守恒定律

探究实验一：

如右图，用细线、小球、带有标尺的铁架台等做实验。

实验1如图甲，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。

实验2如图乙，如果用木筷在挡住细线，小球虽然不能摆到C点，但摆到

另一侧C′时，也能达到跟A点相同的高度。

学生分组实验，思考问题，填写探究实验活动卡。

这个实验中，小球的受力情况如何？各个力的做功情况如何？这个实验说明了什么？

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。 实验表明，小球在摆动过程中重力势能和动能在不断转化，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。

探究规律一：

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，推导出物体在任意位置A、B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。

位置A到位置B：

由动能定理得重力的功：WG = EK2-EK1

由重力做功和重力势能变化的关系得重力的功：WG= =EP1-EP2

得到 EK2-EK1=EP1-EP2

EP1+EK1=EP2+EK2 即E1=E2

结论：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。

探究实验二：

如右图，水平方向的弹簧振子。球静止在O点，弹簧处于原长，把球拉离O点

到A点，放开后，球运动到右侧B点，观察两段距离是否相等？

小球向左右的最大距离相等。

学生分组实验，思考问题，填写探究实验活动卡。

这个实验中，小球的受力情况如何？各个力的做功情况如何？这个实验说明

了什么？

小球在往复运动过程中，竖直方向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

A 0 B 对小球做功。

能保持不变。 探究规律二：水平弹簧振子，观察运动过程。

由同学讨论小球运动过程，结合前面已经探究过的弹力做功与B′

弹性势能的关系，类比重力做功，进行分析。

取任意位置A′B′， 位置A′到位置B′：

由动能定理得弹力的功：WF= EK2-EK1

由重力做功和重力势能变化的关系得弹力的功：WF= EP1-EP2

A 0 B

结论：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，而总的机械能保持不变。

引导学生归纳总结，得出机械能守恒定律。

1、 机械能守恒定律

在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。

(与猜想呼应)

2、 表达式： EP1+EK1=EP2+EK2 即 E1=E2

3、 机械能守恒的条件：只有重力或弹力做功

（引导学生思考与讨论）

（1） 只受重力。 (2)受重力或弹力外还受其它力，但其它力不做功。

三、 机械能守恒定律的应用

1、碰鼻实验

释放钢球后，若忽略空气阻力，只有重力做功， 机械能守恒，应该摆到等高处，不会碰到鼻子。

2、上海轨道交通3号线某车站的设计方案。由于站台建得稍高，车进站时要上坡，出站时要下坡。忽略摩擦力，分析这种设计的优点。 则EP1+EK1=EP2+EK2 即 E1=E2

进站前关闭发动机，机车凭惯性上坡，动能变成重力势能储存起来，出站时下坡，重力势能变成动能，节省了能源。

3、在下列几种运动中，遵守机械能守恒定律的是 （ ）

A.雨滴匀速下落 B.汽车刹车的运动 C.物体沿斜面匀速下滑 D.物体做自由落体运动

4. 把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆，如图所示，摆长为l，最大偏角为θ。如果阻力可以忽略，小球运动到最低位置时的速度是多大？

分析：小球受力及各力做功情况

解：选最低点所在平面为零势能面，小球在最高点的状态为初状态，该点重

力势能EP1=mgl（1-cosθ ），动能EK1=0。

小球在最低点的状态为末状态，重力势能EP2=0，动能EK2=mv2/2

由机械能守恒定律得

Ｅk2+EP2 = ＥK1+EP1

V=

引导学生总结：应用机械能守恒定律解决问题的一般步骤

1．确定研究对象,明确运动过程。

2．受力分析及各力做功情况，判断机械能是否守恒。

3．选取参考平面，确定初末状态及其机械能。

4．根据机械能守恒定律列方程，统一单位求解。

让学生谈谈应用机械能守恒定律解决问题的启发。

小结: 作业：本节学案

板书设计

一、机械能

（1）机械能

（2）表达式：E＝

＋

（3）机械能是标量，具有相对性。

二、机械能守恒定律

（1）定律内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。

（2）表达式：（3）条件

三、应用

＋＝＋