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视频标签：机械能守恒定律
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视频课题：高中物理人教课标版必修2第七章8.机械能守恒定律-浙江省优课
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人教版必修2第七章第八节《机械能守恒定律》教学设计
【教材分析】
本节课的内容是“机械能守恒定律”。本节内容既是对前面几节内容的总结，也是对能量守恒定律的铺垫。通过本节内容的学习，学生对功是能量变化的量度会有更加深刻的理解，也从不同角度处理力学问题提供了良好的途径。本节内容是本章的重点内容。本节课的主要内容是“通过实验，探究并认识机械能守恒定律，研究物体动能和势能之间相互转化过程中机械能的变化情况”。本节课采用的是人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书《物理》必修2第七章第八节。这一节集实验、物理现象、概念、规律的学习于一体，让学生经历观察现象，总结规律得出机械能守恒定律的过程。 【学情分析】
通过前几节内容的学习，学生知道了重力做功会引起重力势能的变化，弹簧弹力做功将使弹性势能发生变化，合外力的功将引起物体动能的变化。使学生对于曾在初中阶段学过的一些定性的东西逐渐找到了定量方面的联系，对功能关系的认识加深了，也萌发了继续探究的兴趣，因而教学过程中抓住这一点对学生能够有个提高，定量的研究机械能守恒过程中动能和势能之间的相互转化和用机械能守恒定律来解决生活中的一些问题。 【教学目标】
1.通过对生活中一些常见现象的观察与分析进一步明确机械能的各种形式，能够利用动能和势能之间的相互转化来分析一些现象产生的原因。
2.能够利用动能定理和重力做功与重力势能变化间的关系，通过自主与合作相结合的方式推导出机械能守恒定律的表达式，总结出机械能守恒的条件，并能利用精确的语言表述出机械能守恒定律的内容。
3.能够运用机械能守恒定律分析生活中一些常见的物理现象，并能将其转化为简单的物理模型，领悟运用机械能守恒定律解决问题的优越性。
4.通过理论推导和对生活中一些物理现象的分析，进一步体会功是能量转化的量度，能够从机械能有没有和其他形式的能发生相互转化的角度进一步理解机械能守恒。
【教学重点、难点】
1.通过物理现象的分析和机械能守恒定律的推导过程，理解机械能守恒定律的内容和条件。
2.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一些简单的实际问题。 【评价目标】
1.通过课堂引入的视频、演示实验等完成教学目标1； 2.通过实验推导和理论推导的过程完成教学目标2； 3.通过实际应用、目标3评价和课后作业等完成教学目标3；
4.通过单摆的演示实验，理论推导的过程、实际应用、课堂引入、目标4评价等完成教学目标4。
【教学方法】自主思考、合作探究、即时评价 【教学过程】 一、温故知新
1.本章学习了哪几种形式的能？
2.重力所做的功与物体重力势能有什么关系？ 3.弹簧的弹力做的功与弹簧弹性势能有什么关系？ 4.动能定理的内容和表达式是什么？
重力势能、弹性势能与动能之间具有密切的联系，我们把它们统称为机械能。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。请看下面的视频
二、影片导入
课件展示78岁老奶奶坐过山车精彩片段，活跃课堂气氛，激发学生学习兴趣，引出本节课的学习内容。
学生分析过山车在运行过程中动能和势能的变化情况。 三、实验演示 麦克斯韦滚摆、单摆
学生分析滚摆、单摆运动过程中动能和势能的变化情况及重力做功情况 四、实验探究
将小钢球固定在细线的一端，细线的另一端系在铁架台上，使小球与细线形成一个摆。让一位学生靠近铁架台，头稍低，将小球由该同学的鼻子处释放，小
球摆动过程中能否碰到该同学的鼻子（如图），并思考里面的科学道理。
分析：（1）分析小球在摆动过程中受力情况，各力做功情况。（2）在小球摆动过程中能量如何转化？
教师总结：实验中小球在摆动过程中重力做功，势能与动能相互转化。
小球下降时：重力做正功，重力势能减少，动能增加；
小球上升时：重力做负功，重力势能增加，动能减少。
小球摆动过程中总能回到原来的高度，好像“记得”自己原来的高度，说明什么？
说明在摆动过程中有一个物理量是保持不变的，是什么呢？要想实现这个物理量不变，前提条件是什么？下面我们从理论上研究一下。
五、情境设置
质量为m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：根据功能定理2
1222
121mvmvw
合① 下落过程重力做功，有21mghmghwG②
不计空气阻力的情况下，整个过程只有重力做功，有Gww合③
联立①②③式得212
122
2
121mghmghmvmv 移项得121222
2
1
21mghmvmghmv 引导学生分析讨论上面表达式的物理意义：等号的左侧表示末态的机械能，等号的右侧表示初态的机械能，表达式表明初态和末态的机械能相等。即在小球下落过程中，重力势能减小，动能增加，减小的重力势能转化为动能。
问题：此表达式具有普遍意义吗？还是仅在只受重力的自由落体运动中成立？引导学生自己推导竖直上抛、平抛的过程是否成立。
引导学生关注在上述过程中物体的受力情况。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。
六、思维拓展
在只有弹力做功的物体系统内呢？
课件展示：弹簧振子（由于弹簧振子概念学生还没有接触，教师可以不提弹簧振子的概念）的运动情况，分析物理过程。
设疑：在只有重力做功的情况下，机械能是守恒的；同样作为机械能组成部分的势能，是否在只有弹力做功的情况下，机械能也能守恒呢？
学生在推导过程中可能会存在一定的困难，教师适当加以辅助推导。对弹簧与小球的运动过程简要分析，得到动能与弹性势能的转化关系，并明确：在只有弹力对物体做功时物体的机械能守恒。表达式
通过上面只有重力做功与只有弹力做功两个部分的推导，师生总结机械能守恒定律的内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能相互转化，而总的机械能保持不变。
表达式：1122pkpkEEEE或12EE ——守恒式
pkEE——转换式 减增BAEE——转移式
教师引导学生理解表达式中各量的物理意义，并回顾机械能守恒定律推导过程，加深认识。
机械能守恒定律的条件
通过以上内容的学习，我们理解了机械能守恒定律的表达式，但真正应用到解题过程中是有限制的。
大屏幕投影机械能守恒定律的内容，并用不同颜色展示“在只有重力或弹力做功的物体系统内”，突出强调守恒的受力条件，引导学生自己总结守恒的条件。 有的学生认为守恒条件应该是只受重力或弹力； 有的学生认为守恒条件应该是只有重力或弹力做功。
在肯定两位学生认真思考的基础上，教师质疑两位学生的意见，激发他们思考的积极性：两位同学说的有什么不同吗？
学生讨论：只有重力或弹力做功，还包含这样的意思：可能还受其他力，但其他
力不做功。
学生总结：机械能守恒定律的条件可以表述为：
1.只受重力（或弹力），不受其他力。如自由落体运动。
2.除重力（或弹力）以外还有其他力，但其他力不做功。如做单摆运动的物体。
3.除重力（或弹力）以外还有其他力，这些力做的总功为零。
七、例题
把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆（如图），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？ 引导学生分析思考，提出问题： 1.小球运动过程中受几个力的作用？ 2.这些力做功吗？
3.小球运动过程满足机械能守恒定律条件吗？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：小球运动过程中，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；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。
解析：取0点为重力势能零点。初状态A点小球具有的重力势能
)cos(llmgEAp，动能0AkE
末状态O点小球具有的重力势能0OpE，动能22
1mvEOk 根据机械能守恒定律，有OkOpAkApEEEE，即
22
1)cos(mvllmg
小球落到最低位置O时的速度大小)cos1(2glv
归纳总结得出机械能守恒定律的应用步骤：（1）确定研究对象；（2）对研究对象进行受力分析；（3）分析各力是否做功，判断是否满足机械能守恒条件；（4）选取零势能面，确定研究对象在初、末状态时的机械能；（5）根据机械能守恒定律列出方程求解。
l
A O
C
八、课堂小结
1.机械能守恒定律的内容 2.机械能守恒定律的条件 3.应用机械能守恒定律的解题步骤 九、课堂训练
1.下列物体在运动过程中，可视为机械能守恒的是（ ） A.飘落中的树叶 B.乘电梯匀速上升的人 C.被抛出后在空中运动的铅球 D.沿粗糙斜面匀速下滑的木箱 答案：C
解析：A中阻力做功不能忽略，B中动能不变，势能增加，D中动能不变，势能减小。
点拨：判断机械能是否守恒可以由条件得出，整个过程只有重力（或弹力）做功；也可由动能与势能总和是否改变得出。
2.把质量为0.5Kg的石块从10m高处以300角斜向上抛出（如图），初速度是v0=5m/s。不计空气阻力。（1）石块落地时的速度是多大？ （2）石块落地时的大小与下列哪些量有关？
A.石块的质量 B.石块初速度的大小 C.石块初速度的仰角 D.石块抛出时的高度
解析：（1）石块从抛出到落地的过程中，只有重力做功，机械能守恒。设地面为零势能参考面，根据机械能守恒定律，得
2202
1
21mvmghmv，所以：smsmghvv/15/1010252220
（2）由ghvv22
0
可知，石块落地时速度大小与石块初速度大小及石块抛出时的高度有关，与石块的质量和石块的初速度的仰角无关。
十、布置作业
1.配套练习
2.观察记录生活中其他的物理情景，判断其是否符合机械能守恒定律 十一、板书设计 一、机械能
二、动能与势能相互转化 三、机械能守恒定律
1.内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能相互转化，而总的机械能保持不变。
2.表达式：1122pkpkEEEE
pkEE 减增BAEE
3.条件：只受重力（或弹力），不受其他力
除重力（或弹力）以外还有其他力，但其他力不做功或做的总功为零。
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