《机械能守恒定律》教学设计

陈幼文

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.理解机械能守恒定律的内容。

3.在具体的问题中判这定物体的机械能是否守恒；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。并用来解决实际问题。

教学重点：

1.理解机械能守恒定律的内容。

2.在具体问题中能判定机械能是否守恒，并能列出定律的表达式。

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。

教学方法：

1.关于机械能守恒定律的得出，采用师生共同演绎推导的方法，明确该定律数学表达式公式的来龙去脉。

2.关于机械能守恒的条件，在教学时采用列举实例，具体情况具体分析的方法。

教学步骤：

1.用投影片出示思考题：

动能定理的内容和表达式是什么？

重力所做的功与物体重力势能的变化之间有什么关系？

2.学生回答：

动能定理的内容是：物体所受合外力所做的功等于物体动能的改变，即：wg=mv22/2-mv21/2

重力所做的功和物体重力势能之间变化的关系为：wg=mgh1-mgh2

3.教师总结：

①同学们要注意动能定理中动能的变化量是末动能减去初动能，而重力做功与重力势能改变之间关系式中初位置的重力势能与末位置重力势能的差。

②引入：动能、重力势能、弹性势能属于力学范畴，统称为机械能，本节课我们就来研究有关机械能的问题。

（一）引入新课

1.用多媒体展示下述物理情景：

a.一个用细线悬挂的小球从A点开始摆动。

b.弹簧的一端接在气垫导轨的一端，另一端和滑块相连，让滑块在水平的轨道上做往复运动。

2.学生分析上述物理情景中能量是如何转化的？

学生甲：

a.小球在上升过程中，动能转化为重力势能；小球在下落过程中，重力势能又转化为动能。

b.弹簧在和物块的往复运动过程中，动能和弹簧的弹性势能发生相互转化。

学生乙：

除了甲的叙述中动能和势能相互转化外，还有一部分转化为物体的内能。

3.教师讲：分析得很全面，但是在此过程中转化为内能的部分在总结能量中占的比例很小，我们一般不予考虑。

4.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，那么在动能势能的转化过程中，动能和势能的和有什么变化呢？

（二）机械能守恒定律的推导

1.用多媒体出示思考题：一个质量为m的物体自由下落，经过高度为h1的a点时速度为v1，下落到高度h2为b点时速度为v2，试写出物体在a点时的机械能和在b点时的机械能，并找到这二个机械能之间的数量关系教师进行评价，并抽有代表性的解答方案进行现场评点。

2.用实物投影仪：推导过程。

解：∵机械能等于物体的动能和势能之和

∴a点的机械能等于：mv21/2+mgh1

b点的机械能等于：mv22/2+mgh2

又在自由落体运动中，物体只受重力的作用，据动能定理得：

wg（h1-h2）=mv22/2-mv21/2

得到的表达式

mv22/2-v21/2=mgh1-mgh2①

mv22/2+mgh2=mgh1+v21/2②

3.学生讨论：上述两个表达式说明了什么？

讨论后学生回答。

学生甲：在表达式①中等号左边是物体动能的增加量，等号右边是物体重力势能减少量，该表达式说明：物体在下落过程中，重力做了多少正功，物体的重力势能就减小多少，同时物体的动能就增加多少。

学生乙：对于表达式②，等号左边是物体在末位置时的机械能，等号右边是物体在初位置时的机械能。该式表示：动能和势能之和即总的机械能保持不变。

4.教师总结：同学们对上述两个表达式的含义理解得很好，我们分别用ek1和ek2表示物体的初动能和末动能，用ep1和ep2分别表示物体在初位置的重力势能和末位置的重力势能，则得到：ek1+ep1=ek2+ep2，也就是初位置的机械能等于末位置的机械能，即机械能是守恒的。

（三）机械能守恒的条件

1.上边我们通过推导得到了机械能是守恒的这一结论，下边同学们思考：

机械能在什么情况下守恒吗？

学生答：物体只受重力作用。

学生还可能答：物体在运动中，只有重力做功，针对上述两种答案，师生评析后总结。

2.教师总结：

通过上述分析，我们得到：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，这个结论叫机械能守恒定律。

板书：机械能守恒定律

①条件：只有重力做功。

②结论：机械能的总量保持不变。

3.用实物投影仪出示讨论题。

所谓的只有重力做功与物体只受重力有什么不同。

学生：所谓的只有重力做功，包括两种情况：

a.物体只受重力，不受其他的力。

b.物体除重力外还受其他的力，但其他力不做功。

而物体只受重力仅包括一种情形。

放开被压缩的弹簧，可以把跟它接触的小球弹出去，在这个过程中，能量是如何转化的？类比地，你能得到在这个过程中机械能守恒的条件吗？

4.得到结论：以上实验证实了在不计阻力影响，即物体只受重力作用时，小球在摆动中机械能守恒。

学生答：在小球被弹簧弹出的过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的动能。

类比得到：如果有弹力做功，动能和弹性势能之和保持不变，即机械能守恒。

③所谓只有弹力做功，包括哪几种情况？

学生：包括以下两种情况：

第一种情况：物体只受弹力作用，不受其他的力；

第二种情况：物体除受弹力外还受其他的力，但其他的力不做功。

教师总结：在本实验中，我们对空气的阻力一般不考虑，因为阻力太小，对结果影响不大。

1.关于物体的机械能是否守恒的叙述，下列说法中正确的是：

a.做匀速直线运动的物体，机械能一定守恒；

b.做匀速变速直线运动的物体，机械能一定守恒；

c.外力对物体所做的功等于零时，机械能一定守恒；

d.物体若只有重力做功，机械能一定守恒。

2.在下列实例中运动的物体，不计空气阻力，机械能不守恒的是：

a.起重机吊起物体匀速上升；

b.物体做平抛运动；

c.圆锥摆球在水平面内做匀速圆周运动；

（四）巩固练习

（五）小结

1.我们说机械能守恒的关键是：只有重力或弹力做功。

2.在具体判断机械能是否守恒时，一般从以下两方面考虑：

a.对于某个物体，若只有重力做功，而其他力不做功，则该物体的机械能守恒。

b.对于由两个或两个以上物体（包括弹簧在内组成的系统，如果系统只有重力做功或弹力做功，物体间只有动能、重力势能和弹性势能之间的相互转化，系统与外界没有机械能的转移，系统内部没有机械能与其他形式能的转化系统的机械能守恒。

3.如果物体或系统除重力或弹力之外还有其他力做功，那么机械能不守恒。

（作者单位：湖北省麻城二中）