高一物理(人教版)-《机械能守恒定律》第一课时-1教案

教 案

教学基本信息 课题 学科 教材 教学设计参与人员 设计者 实施者 指导者 课件制作者 其他参与者 教学目标及教学重点、难点 教学目标： 物理观念：理解机械能以及机械能守恒的内涵，能用机械能守恒的观念来分析生活中的相关现象，解决具体问题。 科学思维：演绎推理法、能利用机械能守恒定律，解决动力学问题。 科学探究：能通过实验观察和能量转化分析，得出机械能守恒的猜想；能利用动能定理、重力做功的规律推导得出机械能守恒定律。 科学态度与责任：通过对机械能守恒定律的演绎推理，使学生从中领略到自然现象中所蕴含的物理实质及其逻辑关系，培养学生观察生活、探究规律的兴趣与习惯。通过能量转化来理解守恒本质，建立守恒的思想，培养学生运用守恒思想解决实际问题的思维方式。 教学重点： 掌握机械能守恒定律的推导、建立过程，理解机械能守恒定律的内容。 在具体的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出定律的数学表达式，并解决实际问题。 教学难点： 从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件。 姓名 单位 物理 《机械能守恒定律》第一课时 学段： 高一第三学段 年级 高一年级 书名：普通高中教科书物理必修2 出版社：人民教育出版社 出版日期：2019年 7 月 能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒，能正确分析并表达物体系统所具有机械能。 教学过程(表格描述) 教学环节 主要教学活动 设置意图 幻灯片2. 大家还记得伽利略的理想斜面实验吗？让一个小球沿着斜面A从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一个斜面B。 伽利略发现：无论斜面 B 是陡些还是缓些，小球的速度最后总会在斜面上的某点变为 0。如果没有摩擦，这点距斜面底端的竖直高度将与它出发时的高度相同。斜面B越缓，小球运动的就越远。而当斜面B变为水平面时，小球为了到达原有高度将永远运动下去。 由此，伽利略说明了，运动是不需要用力来维持的。 但今天我们要关注的是，在这个实验中，为什么小球总能够回到原来的高度呢？似乎小球能够达到的最大高度，在整个运动过程中被保留了下来。 一、新课导入 （幻灯片2-4） 从学生熟悉的伽利略斜面实验引入，结合“碰鼻”实验，引发学生思考和学习的兴趣。引入“守恒量”的概念，将贯穿之后的整个探究过程。 幻灯片3. 这样“不变的高度”还存在于其他的物理过程中吗？我们一起来看一个惊险的实验。我们看到，老师在鼻尖处释放重球，而重球摆动回来后，冲向老师的鼻子，把老师吓得一个躲闪。但我们再仔细观察一下，摆球其实刚好停在了老师原本鼻尖的位置。这次我们加上箭头，再来看一次实验。可以看到，重球也回到了它初始的高度。 在这两个实验中，小球似乎都“记得”自己的初始高度。这说明，某种“东西”在小球的运动过程中是不变的。在物理学研究中，我们把这种不变的“东西”叫做守恒量。那让小球回到原来高度的守恒量，到底是什么呢？ 1、追寻守恒量——动能与势能的转化 二、探究机械能守恒定律。按照观察现象?提出猜想?理论分析?确认条件的步骤，探究重力做功时的机械能守恒定律，并类比推广到弹力做功情况。（幻灯片5-27） 幻灯片5-12 . 以摆球实验为例，带领同学思考以下四个问题： (1) 思考1：实验过程中，球的动能是如何变化的？ (2) 思考2：动能的变化，是由什么引起来的？ (3) 思考3：重力做功会引起什么能量的变化？ (4) 思考4：重力势能和动能一直都在变化，球为什么能刚好回到原位？ 通过讨论以上问题，得到如下表格： A?B C?B B?C B?A 动能 增大 减小 重力做功 正功 负功 重力势能 减小 增大 1、引导学生应用已学习的知识，将动能变化、重力做功、重力势能变化联系起来，能够通过一连串思考，初步建立能量转化的过程和概念，知道能量转化是由做功来完成的。 2、结合理论推导，进一步巩固学生“守恒”的思想。再一次将动能变化、重力做功、重力势能变化联系在一起，从理论上说明机械能守恒的原因。为理解机械能观察动能与势能的变化规律，我们看到，动能增大的时候，重力势能在减小；动能减小的时候，重力势能却增大。能量似乎在动能与重力势能之间来回转化，如果总量保持不变，那么小球最后就能够回到原来的高度。 那么我们不妨大胆的给出猜想：物体运动过程中，动能与势能可以相互转化，但动能与势能的和 在整个过程中保持不变。 我们把动能与势能的和称为机械能，而保持不变即为守恒。也就是我们得到了机械能守恒的猜想。这个猜想是我们通过分析实验现象得来的。 2、机械能守恒的理论分析 守恒的条件打下基础。 3.从实例分析和理论推导的角度，让学生们理解机械能守恒的条件，并能够应用机械能守恒条件来判断不同运动过程的机械能 幻灯片13-14. 是否守恒。 还是以摆球实验为例，小球从1位置摆动到任意的2位置时， 在1处的动能为??k1，势能为??p1；在2处的动能为??k2，势能为4.学会从分??p2。 析中提炼结首先由动能定理可知，动能变化量ΔEk等于外力做功W。由前论。 面的分析可知，只有重力做功。所以外力做功W等于重力做功 WG。由重力做功与重力势能的关系可知，??G=??p1???p2=5、让学生应?Δ??p。所以结合这三个方程我们可以得到，Δ??k=?Δ??p，也就用刚刚学到是动能的增加量等于重力势能的减少量，这就代表着两者的和的探究方法保持不变。 以及理论分我们还可以进一步将ΔEk写做??k2???k1，-ΔEp 写做 ??p1???p2。析方法，对再将等式整理，把1位置的量挪到左边，2位置的量挪到右边，类似的能量就得到??k1+??p1=??k2+??p2，也就是1位置的机械能等于2位守恒过程进置的机械能，而2位置是我们任意选取的，所以我们就证明了，行研究，巩小球在摆动的过程中，机械能守恒。 固学生的科 学探究能力3、机械能守恒的条件 和科学思维方法。 6、通过归纳总结机械能守恒定律的内容，将做功、能量转 化和守恒三幻灯片15-16. 还是同样的摆球实验，但如果是在粘稠的液体中个概念联系摆动，那机械能还守恒吗？小球在摆动过程中，还会受到液体起来。 的阻力f，一部分重力势能将被阻力消耗掉，那么由能量守恒可 以知道，动能与势能的和将会减小，也就是机械能不守恒了。 所以，机械能并不是所有情况下都守恒的，需要满足一定的条件。 幻灯片17. 我们在刚才理论推导的过程中，用到了三个条件，其中第一条动能定理、第三条重力做功规律都是普遍成立的规律。而第二条外力做功等于重力做功，则是不一定成立的。所以机械能守恒的条件，是只有重力做功。在粘稠液体中摆动时，除重力做功以外，液体阻力也做负功，因而机械能就不守恒了。 幻灯片18. 根据只有重力做功这个条件，我们一起来判断一下，这三种情况机械能是否守恒。 第一个，抛体运动。小球在做抛体运动过程中，只受重力，那么可能做功的也就只有重力，所以在这种情况下，机械能一定守恒。 第二个，轨道光滑的过山车模型。小球在冲下斜面，转过圆形轨道的过程中，受到重力G和轨道支持力FN，但进一步分析做功可以发现，支持力一直与运动方向垂直，因而不做功，所以满足只有重力做功的条件，机械能也守恒。 第三个，人拉着小球匀速向上运动。运动过程中小球受到重力G和绳子的拉力T，由于绳子拉力做正功，所以不满足只有重力做功的条件，机械能不守恒。从运动状态上来看，小球匀速向上运动，重力势能不断增加，但动能却不变，显然机械能会不断增加，也就是不守恒了，这与前面的判断是一致的。 所以我们总结一下，机械能守恒的条件，只有重力做功，包含两种情况，一种是只受重力的情况，这时就不可能有其他力做功。而另一种情况为：除重力外还受其他力，但其他力不做功。这种情况下，机械能也守恒。 4、重力做功情况的机械能守恒 幻灯片19. 初步结论