机械能守恒定律教学设计

　　一、什么是教学设计

　　“教学设计是根据课程标准的要求和教学对象的特点将教学诸要素有序安排确定合适的教学方案的设想和计划。一般包括教学目标、教学重难点、教学方法、教学步骤与时间分配等环节。”

　　二、机械能守恒定律教学设计

　　作为一位优秀的人民教师常常要根据教学需要编写教学设计教学设计是一个系统化规划教学系统的过程。那么什么样的教学设计才是好的呢？以下是小编帮大家整理的机械能守恒定律教学设计欢迎阅读与收藏。

　　一、教学目标

　　1．在已经学习有关机械能概念的基础上学习机械能守恒定律掌握机械能守恒的条件掌握应用机械能守恒定律分析、解决问题的基本方法。

　　2．学习从功和能的角度分析、处理问题的方法提高运用所学知识综合分析、解决问题的能力。

　　二、重点、难点分析

　　1．机械能守恒定律是本章教学的重点内容本节教学的重点是使学生掌握物体系统机械能守恒的条件；能够正确分析物体系统所具有的机械能；能够应用机械能守恒定律解决有关问题。

　　2．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是本节学习的难点之一。在教学中应让学生认识到物体重力势能大小与所选取的参考平面(零势面)有关；而重力势能的变化量是与所选取的参考平面无关的。在讨论物体系统的机械能时应先确定参考平面。

　　3．能否正确选用机械能守恒定律解决问题是本节学习的另一难点。通过本节学习应让学生认识到从功和能的角度分析、解决问题是物理学的重要方法之一；同时进一步明确在对问题作具体分析的条件下要能够正确选用适当的物理规律分析、处理问题。

　　三、教具

　　演示物体在运动中动能与势能相互转化。

　　器材包括：麦克斯韦滚摆；单摆；弹簧振子。

　　四、主要教学过程

　　(一)引入新课

　　结合复习引入新课。

　　前面我们学习了动能、势能和机械能的知识。在初中学习时我们就了解到在一定条件下物体的动能与势能(包括重力势能和弹性势能)可以相互转化下面我们观察演示实验中物体动能与势能转化的情况。

　　[演示实验] 依次演示麦克斯韦滚摆、单摆和弹簧振子提醒学生注意观察物体运动中动能、势能的变化情况。

　　通过观察演示实验学生回答物体运动中动能、势能变化情况教师小结：

　　物体运动过程中随动能增大物体的势能减小；反之随动能减小物体的势能增大。

　　提出问题：上述运动过程中物体的机械能是否变化呢？这是我们本节要学习的主要内容。

　　(二)教学过程设计

　　在观察演示实验的基础上我们从理论上分析物理动能与势能相互转化的情况。先考虑只有重力对物体做功的理想情况。

　　1．只有重力对物体做功时物体的机械能

　　问题：质量为的物体自由下落过程中经过高度h1处速度为v1下落至高度h2处速度为v2不计空气阻力分析由h1下落到h2过程中机械能的变化(引导学生思考分析)。

　　分析：根据动能定理有

　　下落过程中重力对物体做功重力做功在数值上等于物体重力势能的变化量。取地面为参考平面有

　　WG＝gh1-gh2

　　由以上两式可以得到

　　引导学生分析上面式子所反映的物理意义并小结：下落过程中物体重力势能转化为动能此过程中物体的机械能总量不变。

　　指出问题：上述结论是否具有普遍意义呢？作为课后作业请同学们课后进一步分析物体做平抛和竖直上抛运动时的'情况。

　　明确：可以证明在只有重力做功的情况下物体动能和势能可以相互转化而机械能总量保持不变。

　　提出问题：在只有弹簧弹力做功时物体的机械能是否变化呢？

　　2．弹簧和物体组成的系统的机械能

　　以弹簧振子为例(未讲振动不必给出弹簧振子名称只需讲清系统特点即可)简要分析系统势能与动能的转化。

　　明确：进一步定量研究可以证明在只有弹簧弹力做功条件下物体的动能与势能可以相互转化物体的机械能总量不变。

　　综上所述可以得到如下结论：

　　3．机械能守恒定律

　　在只有重力和弹簧弹力对物体做功的情况下物体的动能和势能可以相互转化物体机械能总量保持不变。这个结论叫做机械能守恒定律。

　　提出问题：学习机械能守恒定律要能应用它分析、解决问题。下面我们通过具体问题的分析来学习机械能守恒定律的应用。在具体问题分析过程中一方面要学习应用机械能守恒定律解决问题的方法另一方面通过问题分析加深对机械能守恒定律的理解与认识。

　　4．机械能守恒定律的应用

　　例1．在距离地面20高处以15/s的初速度水平抛出一小球不计空气阻力取g＝10/s2求小球落地速度大小。

　　引导学生思考分析提出问题：

　　(1)前面学习过应用运动合成与分解的方法处理平抛运动现在能否应用机械能守恒定律解决这类问题？

　　(2)小球抛出后至落地之前的运动过程中是否满足机械能守恒的条件？如何应用机械能守恒定律解决问题？

　　归纳学生分析的结果明确：

　　(1)小球下落过程中只有重力对小球做功满足机械能守恒条件可以用机械能守恒定律求解；

　　(2)应用机械能守恒定律时应明确所选取的运动过程明确初、末状态小球所具有的机械能。

　　例题求解过程：

　　取地面为参考平面抛出时小球具有的重力势能Ep1＝gh动能落地时小球的速度大小为

　　提出问题：请考虑用机械能守恒定律解决问题与用运动合成解决问题的差异是什么？

　　例2．小球沿光滑的斜轨道由静止开始滑下并进入在竖直平面内的离心轨道运动如图所示为保持小球能够通过离心轨道最高点而不落下来求小球至少应从多高处开始滑下？已知离心圆轨道半径为R不计各处摩擦。

　　提出问题引导学生思考分析：

　　(1)小球能够在离心轨道内完成完整的圆周运动对小球通过圆轨道最高点的速度有何要求？

　　(2)从小球沿斜轨道滑下到小球在离心轨道内运动的过程中小球的机械能是否守恒？

　　(3)如何应用机械能守恒定律解决这一问题？如何选取物体运动的初、末状态？

　　归纳学生分析的结果明确：

　　(1)小球能够通过圆轨道最高点要求小球在最高点具有一定速度即此时小球运动所需要的向心力恰好等于小球所受重力；

　　(2)运动中小球的机械能守恒；

　　(3)选小球开始下滑为初状态通过离心轨道最高点为末状态研究小球这一运动过程。

　　例题求解过程：

　　取离心轨道最低点所在平面为参考平面开始时小球具有的机械能E1＝gh。通过离心轨道最高点时小球速度为v此时小球的机械能成完整的圆周运动。

　　进一步说明：在中学阶段由于数学工具的限制我们无法应用牛顿运动定律解决小球在离心圆轨道内的运动。但应用机械能守恒定律可以很简单地解决这类问题。

　　例3．长l＝80c的细绳上端固定下端系一个质量 ＝100g的小球。将小球拉起至细绳与竖直方向成60°角的位置然后无初速释放。不计各处阻力求小球通过最低点时细绳对小球拉力多大？取g＝10/s2。

　　提出问题引导学生分析思考：

　　(1)释放后小球做何运动？通过最低点时绳对小球的拉力是否等于小球的重力？

　　(2)能否应用机械能守恒定律求出小球通过最低点时的速度？

　　归纳学生分析结果明确：

　　(1)小球做圆周运动通过最低点时绳的拉力大于小球的重力此二力的合力等于小球在最低点时所需向心力；

　　(2)绳对小球的拉力不对小球做功运动中只有重力对球做功小球机械能守恒。

　　例题求解过程：

　　小球运动过程中重力势能的变化量ΔEp＝-gh＝-gl(1-cs60°)

　　在最低点时绳对小球的拉力大小为

　　提出问题：通过以上各例题总结应用机械能守恒定律解决问题的基本方法。

　　归纳学生的分析作课堂小结。

　　五、小结

　　1．在只有重力做功的过程中物体的机械能总量不变。通过例题分析要加深对机械能守恒定律的理解。

　　2．应用机械能守恒定律解决问题时应首先分析物体运动过程中是否满足机械能守恒条件其次要正确选择所研究的物理过程正确写出初、末状态物体的机械能表达式。

　　3．从功和能的角度分析、解决问题是物理学研究的重要方法和途径。通过本节内容的学习逐步培养用功和能的观点分析解决物理问题的能力。

　　4．应用功和能的观点分析处理的问题往往具有一定的综合性例如与圆周运动或动量知识相结合要注意将所学知识融汇贯通综合应用提高综合运用知识解决问题的能力。

　　六、说明

　　势能是相互作用的物体系统所共有的同样机械能也应是物体系统所共有的。在中学物理教学中不必过份强调这点平时我们所说物体的机械能可以理解为是对物体系统所具有的机械能的一种简便而通俗的说法。