高中物理必修二 第8章 機(jī)械能守恒定律 第4節(jié) 機(jī)械能守恒定律

第8章機(jī)械能守恒定律第4節(jié)機(jī)械能守恒定律教學(xué)內(nèi)容分析《機(jī)械能守恒定律》是《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》必修課程必修2模塊中“機(jī)械能及其守恒定律”主題下的內(nèi)容，要求為：理解機(jī)械能守恒定律，體會(huì)守恒觀念對(duì)認(rèn)識(shí)物理規(guī)律的重要性。能用機(jī)械能守恒定律分析生產(chǎn)生活中的有關(guān)問題?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)解讀》對(duì)該條目的解讀為：理解機(jī)械能守恒定律，要知道機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容和表達(dá)式；了解機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)過程；明確機(jī)械能守恒定律所描述的系統(tǒng)對(duì)象；領(lǐng)悟機(jī)械能守恒定律的適用條件；體會(huì)用機(jī)械能守恒定律解決問題的思路——它建立的是兩個(gè)狀態(tài)的聯(lián)系，對(duì)這兩個(gè)狀態(tài)之間過程的分析僅用來判斷該過程是否符合機(jī)械能守恒定律的條件，并不涉及機(jī)械能守恒的方程表達(dá)式。通過機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用，學(xué)生第一次經(jīng)歷守恒定律的定量運(yùn)算，感受守恒定律對(duì)研究和解決物理問題的重要意義。本節(jié)內(nèi)容是對(duì)前面幾節(jié)內(nèi)容的總結(jié)，也是對(duì)學(xué)習(xí)能量守恒定律所作的鋪墊。本節(jié)內(nèi)容將加深學(xué)生對(duì)功是能量轉(zhuǎn)化的量度的理解，也為學(xué)生從能量角度處理力學(xué)問題提供了途徑。教材從伽利略斜面的實(shí)驗(yàn)討論開始，分析實(shí)驗(yàn)過程中的變化量與不變量，討論動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，接著推理得到機(jī)械能守恒定律，在推理的過程中深入理解機(jī)械能守恒定律的條件。學(xué)生情況分析學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)積累大量的能量轉(zhuǎn)化實(shí)例，例如跳水運(yùn)動(dòng)員、蹦極運(yùn)動(dòng)、射擊比賽等。這些實(shí)例使得學(xué)生對(duì)不同能量可以發(fā)生轉(zhuǎn)化以及能量在轉(zhuǎn)化過程中守恒有了初步了解，有助于學(xué)生理解機(jī)械能守恒定律。但學(xué)生的認(rèn)識(shí)是定性的、表層次的，是一種模糊的心理認(rèn)識(shí)，還沒有上升到理性的認(rèn)識(shí)高度，沒有達(dá)到定量認(rèn)識(shí)。教學(xué)在學(xué)生定性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，結(jié)合各種案例分析，利用動(dòng)能定理定量推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律，全面地理解機(jī)械能守恒定律。學(xué)生在第3節(jié)學(xué)習(xí)后可以熟練應(yīng)用動(dòng)能定理分析各種案例，學(xué)生的數(shù)學(xué)推導(dǎo)能力和邏輯思維能力相對(duì)于高一上學(xué)期有了大幅度提高，這有助于學(xué)生掌握機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)，建立能量守恒觀念。學(xué)生通過學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律，初步建立能量觀念、體會(huì)物理學(xué)中的守恒思想。學(xué)生能用能量觀念分析具體實(shí)例中動(dòng)能與勢(shì)能(包括彈性勢(shì)能)之間的相互轉(zhuǎn)化。學(xué)生理解機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)過程。學(xué)生會(huì)從做功和能量轉(zhuǎn)化的角度判斷機(jī)械能是否守恒，能應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決有關(guān)問題，體會(huì)用能量守恒觀點(diǎn)解決問題的便利性。教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生理解“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”；機(jī)械能守恒的條件；運(yùn)用機(jī)械能守恒定律分析相關(guān)問題。教學(xué)難點(diǎn)：機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)過程；運(yùn)用機(jī)械能守恒定律條件判斷研究對(duì)象的機(jī)械能是否守恒；對(duì)機(jī)械能守恒定律的理解。教學(xué)方法：?jiǎn)l(fā)式教學(xué)、教授法、討論法、演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程新課導(dǎo)入情境引入投影①瀑布飛流直下三千尺；②驚險(xiǎn)刺激的過山車師：這些情境有能量在轉(zhuǎn)化嗎？能量是如何轉(zhuǎn)化的？你能舉出更多的動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化的實(shí)例嗎？生：勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。例如彈弓的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能、古代弓弩。師：在能量轉(zhuǎn)化過程，是否遵循某種隱藏的法則？如何發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象背后的普適法則？能量轉(zhuǎn)化的思想在伽利略的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)初現(xiàn)端倪。新課教學(xué)1.追尋守恒量伽利略斜面實(shí)驗(yàn)問題1：牛頓第一定律的內(nèi)容是什么？問題2：哪些科學(xué)家對(duì)牛頓第一定律的建立作出了貢獻(xiàn)？伽利略的貢獻(xiàn)是什么？問題3：伽利略是如何推理得到當(dāng)物體不受力時(shí)將一直運(yùn)動(dòng)下去的？他的斜面實(shí)驗(yàn)是如何做的？設(shè)計(jì)意圖：通過問題引導(dǎo)學(xué)生回顧伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)和思想方法，分析斜面實(shí)驗(yàn)中勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，蘊(yùn)含著機(jī)械能守恒。問題4：若斜面光滑，物體沿不同斜面上上升的高度相同嗎？你能證明這個(gè)結(jié)論嗎？（引導(dǎo)學(xué)生用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式證明上升高度相同）問題5：用能量語言如何描述小球的運(yùn)動(dòng)情況？能量是如何轉(zhuǎn)化的？學(xué)生活動(dòng)：分析小球下降時(shí)重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；沿斜面上升時(shí)重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。設(shè)計(jì)意圖：通過對(duì)斜面實(shí)驗(yàn)從各個(gè)角度分析，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，提升能量物理觀念的認(rèn)識(shí)。學(xué)會(huì)從不同視角研究問題。2.動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化問題：很多現(xiàn)象中動(dòng)能與勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。你還能舉出哪些情境？學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生發(fā)言舉出各種情境實(shí)例，并分析其中的能量轉(zhuǎn)化。孤立學(xué)生盡量舉更多的實(shí)例分析。通過實(shí)例認(rèn)識(shí)能量轉(zhuǎn)化，逐步將抽象的能量概念外顯化、情境化、形象化。案例1自由落體運(yùn)動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)教師演示粉筆頭做自由落體運(yùn)動(dòng)問題1：在粉筆頭自由下落時(shí)，動(dòng)能如何變化？重力勢(shì)能如何變化？能量是如何轉(zhuǎn)化的？案例2人站在滑板車上在豎直面光滑軌道上運(yùn)動(dòng)問題2：從初始位置到最低點(diǎn)，動(dòng)能如何變化？重力勢(shì)能如何變化？能量如何轉(zhuǎn)化的？案例3：連接體問題桌面光滑、空氣阻力忽略不計(jì)問題3：重錘和小車的動(dòng)能如何變化？重力勢(shì)能如何變化？能量是如何轉(zhuǎn)化的？生：小車和重錘的動(dòng)能增加，重錘的重力勢(shì)能減小，小車的重力勢(shì)能不變。重錘的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能和重錘的動(dòng)能。案例4：豎直方向彈簧振子教師演示模擬程序，學(xué)生觀察現(xiàn)象和能量圖表。問題1：沒有阻力，重物會(huì)一直做周期運(yùn)動(dòng)嗎？問題2：有哪些能量參與轉(zhuǎn)化？這些能量如何變化？問題3：動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的和變化嗎？歸納總結(jié)：機(jī)械能：動(dòng)能與勢(shì)能(重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能)之和表達(dá)式：E=Ek+EP重+EP彈.3.機(jī)械能守恒定律問題：動(dòng)能和勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化，在這種轉(zhuǎn)化過程中遵循什么定量規(guī)律？如何找到這種定量規(guī)律？能量如何從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式？情境1動(dòng)能和重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化hh問題1：物體下落重力做功是多少？問題2：動(dòng)能的增加量是多少？問題3：如何運(yùn)用動(dòng)能定理？問題4：初、末狀態(tài)機(jī)械能分別是多少？你有何發(fā)現(xiàn)？問題5：結(jié)論的成立要滿足什么條件？情境2動(dòng)能和彈性勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化問題1：類比重力做功與重力勢(shì)能變化量的關(guān)系，彈力做功W與彈性勢(shì)能的變化量有何關(guān)系？問題2：設(shè)小球初、末狀態(tài)動(dòng)能分別為Ek1和Ek2，對(duì)小球如何運(yùn)用動(dòng)能定理列方程？問題3：如何計(jì)算初、末態(tài)機(jī)械能？二者相等嗎？問題4：在推理過程中，對(duì)地面有何要求？空氣阻力要考慮嗎？分析討論：若地面光滑，根據(jù)動(dòng)能定理Ek2-Ek1=WW=-ΔEp=Ep1-Ep2由兩式得 Ek2-Ek1=Ep1-Ep2 Ek2+Ep2=Ek1+Ep1即 E2=E1問題5：通過分析，你能得出什么結(jié)論？生：初狀態(tài)和末狀態(tài)機(jī)械能相等，機(jī)械能不變。師：有空氣阻力還相等嗎？在什么條件下機(jī)械能不變。生：只有重力或彈力做功，沒有空氣阻力、摩擦力。機(jī)械能守恒定律：文字表述：只有重力或彈簧彈力做功，物體的機(jī)械能守恒，任何一個(gè)時(shí)刻的機(jī)械能均相等。表達(dá)式：E1=E2、?Ek=-?EP、?EA=-?EB。課堂練習(xí)：判斷下列各情境物體的機(jī)械能是否守恒。1.物體做平拋運(yùn)動(dòng)2.跳傘運(yùn)動(dòng)員在空中勻速下落過程3.光滑水平面上勻速運(yùn)動(dòng)的物體4.物體沿斜面勻速下滑5.物體沿光滑斜面向上減速6.乘客乘坐電梯向上7.物體在光滑豎直圓軌道運(yùn)動(dòng)答案：守恒、不守恒、守恒、不守恒、守恒、不守恒、守恒例題物體從高h(yuǎn)處沿光滑軌道滑下后，在光滑環(huán)內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng).設(shè)圓環(huán)半徑為R，要求物體能通過圓環(huán)最高點(diǎn)，且在最高點(diǎn)與軌道間的壓力不能超過5mg，求h的取值范圍？答案：2.5R≤h≤5R課堂小結(jié)：本節(jié)你學(xué)習(xí)了哪些物理知識(shí)？什么是機(jī)械能？機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容是什么？使用什么方法得到機(jī)械能守恒定律的？分析的思路是什么？你有哪些疑惑和問題？作業(yè)：93頁第2題、94頁第4題、99頁第6題板書設(shè)計(jì)§8.4機(jī)械能守恒定律一、追尋守恒量二、動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化三、機(jī)械能守恒定律1.內(nèi)容若只有重力、彈簧彈力做功那么 Ek+Ep=常數(shù)2.表達(dá)式E1=E2、?Ek=-?EP教學(xué)反思對(duì)于簡(jiǎn)單情境，學(xué)生能分析能量轉(zhuǎn)化。對(duì)于彈簧連接重物這類問題，涉及能量多，變化復(fù)雜，學(xué)生感覺困難，引導(dǎo)學(xué)生畫出變化過程的幾個(gè)特殊狀態(tài)，通過畫示意圖幫助學(xué)生分析。學(xué)生對(duì)于模擬動(dòng)畫