機械能守恒定律教學(xué)設計
一、什么是教學(xué)設計
“教學(xué)設計是根據課程標準的要求和教學(xué)對象的特點(diǎn)，將教學(xué)諸要素有序安排，確定合適的教學(xué)方案的設想和計劃。一般包括教學(xué)目標、教學(xué)重難點(diǎn)、教學(xué)方法、教學(xué)步驟與時(shí)間分配等環(huán)節�！�
二、機械能守恒定律教學(xué)設計
作為一位優(yōu)秀的人民教師，常常要根據教學(xué)需要編寫(xiě)教學(xué)設計，教學(xué)設計是一個(gè)系統化規劃教學(xué)系統的過(guò)程。那么什么樣的教學(xué)設計才是好的呢？以下是小編幫大家整理的機械能守恒定律教學(xué)設計，歡迎閱讀與收藏。
一、教學(xué)目標
1．在已經(jīng)學(xué)習有關(guān)機械能概念的基礎上，學(xué)習機械能守恒定律，掌握機械能守恒的條件，掌握應用機械能守恒定律分析、解決問(wèn)題的基本方法。
2．學(xué)習從功和能的角度分析、處理問(wèn)題的方法，提高運用所學(xué)知識綜合分析、解決問(wèn)題的能力。
二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
1．機械能守恒定律是本章教學(xué)的重點(diǎn)內容，本節教學(xué)的重點(diǎn)是使學(xué)生掌握物體系統機械能守恒的條件；能夠正確分析物體系統所具有的機械能；能夠應用機械能守恒定律解決有關(guān)問(wèn)題。
2．分析物體系統所具有的機械能，尤其是分析、判斷物體所具有的重力勢能，是本節學(xué)習的難點(diǎn)之一。在教學(xué)中應讓學(xué)生認識到，物體重力勢能大小與所選取的參考平面(零勢面)有關(guān)；而重力勢能的變化量是與所選取的參考平面無(wú)關(guān)的。在討論物體系統的機械能時(shí)，應先確定參考平面。
3．能否正確選用機械能守恒定律解決問(wèn)題是本節學(xué)習的另一難點(diǎn)。通過(guò)本節學(xué)習應讓學(xué)生認識到，從功和能的角度分析、解決問(wèn)題是物理學(xué)的重要方法之一；同時(shí)進(jìn)一步明確，在對問(wèn)題作具體分析的條件下，要能夠正確選用適當的物理規律分析、處理問(wèn)題。
三、教具
演示物體在運動(dòng)中動(dòng)能與勢能相互轉化。
器材包括：麥克斯韋滾擺；單擺；彈簧振子。
四、主要教學(xué)過(guò)程
(一)引入新課
結合復習引入新課。
前面我們學(xué)習了動(dòng)能、勢能和機械能的知識。在初中學(xué)習時(shí)我們就了解到，在一定條件下，物體的動(dòng)能與勢能(包括重力勢能和彈性勢能)可以相互轉化，下面我們觀(guān)察演示實(shí)驗中物體動(dòng)能與勢能轉化的情況。
[演示實(shí)驗] 依次演示麥克斯韋滾擺、單擺和彈簧振子，提醒學(xué)生注意觀(guān)察物體運動(dòng)中動(dòng)能、勢能的變化情況。
通過(guò)觀(guān)察演示實(shí)驗，學(xué)生回答物體運動(dòng)中動(dòng)能、勢能變化情況，教師小結：
物體運動(dòng)過(guò)程中，隨動(dòng)能增大，物體的勢能減��；反之，隨動(dòng)能減小，物體的勢能增大。
提出問(wèn)題：上述運動(dòng)過(guò)程中，物體的機械能是否變化呢？這是我們本節要學(xué)習的主要內容。
(二)教學(xué)過(guò)程設計
在觀(guān)察演示實(shí)驗的基礎上，我們從理論上分析物理動(dòng)能與勢能相互轉化的情況。先考慮只有重力對物體做功的理想情況。
1．只有重力對物體做功時(shí)物體的機械能
問(wèn)題：質(zhì)量為的物體自由下落過(guò)程中，經(jīng)過(guò)高度h1處速度為v1，下落至高度h2處速度為v2，不計空氣阻力，分析由h1下落到h2過(guò)程中機械能的變化(引導學(xué)生思考分析)。
分析：根據動(dòng)能定理，有
下落過(guò)程中重力對物體做功，重力做功在數值上等于物體重力勢能的變化量。取地面為參考平面，有
WG＝gh1-gh2
由以上兩式可以得到
引導學(xué)生分析上面式子所反映的物理意義，并小結：下落過(guò)程中，物體重力勢能轉化為動(dòng)能，此過(guò)程中物體的機械能總量不變。
指出問(wèn)題：上述結論是否具有普遍意義呢？作為課后作業(yè)，請同學(xué)們課后進(jìn)一步分析物體做平拋和豎直上拋運動(dòng)時(shí)的'情況。
明確：可以證明，在只有重力做功的情況下，物體動(dòng)能和勢能可以相互轉化，而機械能總量保持不變。
提出問(wèn)題：在只有彈簧彈力做功時(shí)，物體的機械能是否變化呢？
2．彈簧和物體組成的系統的機械能
以彈簧振子為例(未講振動(dòng)，不必給出彈簧振子名稱(chēng)，只需講清系統特點(diǎn)即可)，簡(jiǎn)要分析系統勢能與動(dòng)能的轉化。
明確：進(jìn)一步定量研究可以證明，在只有彈簧彈力做功條件下，物體的動(dòng)能與勢能可以相互轉化，物體的機械能總量不變。
綜上所述，可以得到如下結論：
3．機械能守恒定律
在只有重力和彈簧彈力對物體做功的情況下，物體的動(dòng)能和勢能可以相互轉化，物體機械能總量保持不變。這個(gè)結論叫做機械能守恒定律。
提出問(wèn)題：學(xué)習機械能守恒定律，要能應用它分析、解決問(wèn)題。下面我們通過(guò)具體問(wèn)題的分析來(lái)學(xué)習機械能守恒定律的應用。在具體問(wèn)題分析過(guò)程中，一方面要學(xué)習應用機械能守恒定律解決問(wèn)題的方法，另一方面通過(guò)問(wèn)題分析加深對機械能守恒定律的理解與認識。
4．機械能守恒定律的應用
例1．在距離地面20高處以15/s的初速度水平拋出一小球，不計空氣阻力，取g＝10/s2，求小球落地速度大小。
引導學(xué)生思考分析，提出問(wèn)題：
(1)前面學(xué)習過(guò)應用運動(dòng)合成與分解的方法處理平拋運動(dòng)，現在能否應用機械能守恒定律解決這類(lèi)問(wèn)題？
(2)小球拋出后至落地之前的運動(dòng)過(guò)程中，是否滿(mǎn)足機械能守恒的條件？如何應用機械能守恒定律解決問(wèn)題？
歸納學(xué)生分析的結果，明確：
(1)小球下落過(guò)程中，只有重力對小球做功，滿(mǎn)足機械能守恒條件，可以用機械能守恒定律求解；
(2)應用機械能守恒定律時(shí)，應明確所選取的運動(dòng)過(guò)程，明確初、末狀態(tài)小球所具有的機械能。
例題求解過(guò)程：
取地面為參考平面，拋出時(shí)小球具有的重力勢能Ep1＝gh，動(dòng)能落地時(shí)小球的速度大小為
提出問(wèn)題：請考慮用機械能守恒定律解決問(wèn)題與用運動(dòng)合成解決問(wèn)題的差異是什么？
例2．小球沿光滑的斜軌道由靜止開(kāi)始滑下，并進(jìn)入在豎直平面內的離心軌道運動(dòng)，如圖所示，為保持小球能夠通過(guò)離心軌道最高點(diǎn)而不落下來(lái)，求小球至少應從多高處開(kāi)始滑下？已知離心圓軌道半徑為R，不計各處摩擦。
提出問(wèn)題，引導學(xué)生思考分析：
(1)小球能夠在離心軌道內完成完整的圓周運動(dòng)，對小球通過(guò)圓軌道最高點(diǎn)的速度有何要求？
(2)從小球沿斜軌道滑下，到小球在離心軌道內運動(dòng)的過(guò)程中，小球的機械能是否守恒？
(3)如何應用機械能守恒定律解決這一問(wèn)題？如何選取物體運動(dòng)的初、末狀態(tài)？
歸納學(xué)生分析的結果，明確：
(1)小球能夠通過(guò)圓軌道最高點(diǎn)，要求小球在最高點(diǎn)具有一定速度，即此時(shí)小球運動(dòng)所需要的向心力，恰好等于小球所受重力；
(2)運動(dòng)中小球的機械能守恒；
(3)選小球開(kāi)始下滑為初狀態(tài)，通過(guò)離心軌道最高點(diǎn)為末狀態(tài)，研究小球這一運動(dòng)過(guò)程。
例題求解過(guò)程：
取離心軌道最低點(diǎn)所在平面為參考平面，開(kāi)始時(shí)小球具有的機械能E1＝gh。通過(guò)離心軌道最高點(diǎn)時(shí)，小球速度為v，此時(shí)小球的機械能成完整的圓周運動(dòng)。
進(jìn)一步說(shuō)明：在中學(xué)階段，由于數學(xué)工具的限制，我們無(wú)法應用牛頓運動(dòng)定律解決小球在離心圓軌道內的運動(dòng)。但應用機械能守恒定律，可以很簡(jiǎn)單地解決這類(lèi)問(wèn)題。
例3．長(cháng)l＝80c的細繩上端固定，下端系一個(gè)質(zhì)量 ＝100g的小球。將小球拉起至細繩與豎直方向成60°角的位置，然后無(wú)初速釋放。不計各處阻力，求小球通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)，細繩對小球拉力多大？取g＝10/s2。
提出問(wèn)題，引導學(xué)生分析思考：
(1)釋放后小球做何運動(dòng)？通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)，繩對小球的拉力是否等于小球的重力？
(2)能否應用機械能守恒定律求出小球通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的速度？
歸納學(xué)生分析結果，明確：
(1)小球做圓周運動(dòng)，通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)，繩的拉力大于小球的重力，此二力的合力等于小球在最低點(diǎn)時(shí)所需向心力；
(2)繩對小球的拉力不對小球做功，運動(dòng)中只有重力對球做功，小球機械能守恒。
例題求解過(guò)程：
小球運動(dòng)過(guò)程中，重力勢能的變化量ΔEp＝-gh＝-gl(1-cs60°)，
在最低點(diǎn)時(shí)繩對小球的拉力大小為
提出問(wèn)題：通過(guò)以上各例題，總結應用機械能守恒定律解決問(wèn)題的基本方法。
歸納學(xué)生的分析，作課堂小結。
五、小結
1．在只有重力做功的過(guò)程中，物體的機械能總量不變。通過(guò)例題分析要加深對機械能守恒定律的理解。
2．應用機械能守恒定律解決問(wèn)題時(shí)，應首先分析物體運動(dòng)過(guò)程中是否滿(mǎn)足機械能守恒條件，其次要正確選擇所研究的物理過(guò)程，正確寫(xiě)出初、末狀態(tài)物體的機械能表達式。
3．從功和能的角度分析、解決問(wèn)題，是物理學(xué)研究的重要方法和途徑。通過(guò)本節內容的學(xué)習，逐步培養用功和能的觀(guān)點(diǎn)分析解決物理問(wèn)題的能力。
4．應用功和能的觀(guān)點(diǎn)分析處理的問(wèn)題往往具有一定的綜合性，例如與圓周運動(dòng)或動(dòng)量知識相結合，要注意將所學(xué)知識融匯貫通，綜合應用，提高綜合運用知識解決問(wèn)題的能力。
六、說(shuō)明
勢能是相互作用的物體系統所共有的，同樣，機械能也應是物體系統所共有的。在中學(xué)物理教學(xué)中，不必過(guò)份強調這點(diǎn)，平時(shí)我們所說(shuō)物體的機械能，可以理解為是對物體系統所具有的機械能的一種簡(jiǎn)便而通俗的說(shuō)法。
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