《机械能守恒定律》新课程教学设计

1 教材分析

能量守恒定律是十九世纪自然科学三大发现之一。能量转化和守恒思想贯穿整个高中教材， 从前后联系来看，这节课的内容有利于学生对功能关系的进一步认识；为今后学习能量守恒、电荷守恒等守恒定律打下基础。

教材一开始列举出动能和势能转化的两个实例，接着安排单摆小球的实验，利用学生的好奇心，提高学生探索新事物的兴趣，调动其学习积极性。教材以平抛运动为例很快得出机械能守恒定律。

2 教学对象分析

新课程改革指出要彻底改变学生的学习方式，培养学生的创新精神和实践能力。学生通过初中机械能定性知识的学习、高中绝大部分力学知识和本章功、功率和动能定理的学习，在物理知识结构、思维的深度和认知方法策略等方面均奠定了一定的基础。但学生对学习物理规律的思维过程和方法的应用能力以及动手能力仍需进一步培养和提高。

3 三维教学目标

（一） 知识与技能：理解机械能守恒定律的内容，在具体问题中能判断机械能是否守恒；初步学会用能量转化和守恒的思想来解释物理现象，并能将所学知识应用于实际情境中，培养学生动手能力。

（二） 过程与方法：以实验为基础，通过观察演示实验，培养学生的观察能力、分析能力和空间想象能力；在归纳机械能守恒定律的使用条件时，培养学生独立思考的能力，分析归纳的能力以及口头表达能力。

（三） 情感态度价值观：激发学生学习兴趣，培养学生自信心以及严谨认真的科学态度。

4 教法和学法

实验探究法：用"铁球碰鼻"的实验引入课题。讨论法：在推导机械能守恒定律时，让学生自己推导、讨论。归纳法：在得出机械能守恒定律，守恒条件时用归纳法。启发式教学和课件辅助教学。

5 教学重点和难点

正确理解机械能守恒定律的内容以及定律成立的条件。从功能转化关系角度理解机械能守恒的条件；在具体问题中能判断机械能是否守恒。

6 教学过程

（新课引入）师：前面我们学了机械能的知识，知道动能和势能（重力势能、弹性势能）的总和统称机械能。不同形式的能量之间可以相互转化。

ppt展示：⒈ 机械能：动能、势能（重力势能和弹性势能）

Ek=12mv2 Ep=mgh

师：以单摆小球为例，将小球拉至某一高度由静止释放，重力势能转化为动能，小球由最低点摆到往上摆，动能转化为重力势能。

下面我们利用这个单摆小球来做一个有趣的的实验：

（"铁球碰鼻"：请同学上来合作，完成实验）

师：这位同学怕铁球碰到鼻子，但是鼻子"安然无恙"，为什么呢？解释这种现象要用到新的力学理论――机械能守恒，今天学习机械能守恒定律。

ppt展示： 第五节 机械能守恒定律

师：现实物理世界存在大量动能和势能相互转化的例子。

（课件展示：自由落体、平抛、小球压缩弹簧的动画）

师：请同学们说明物体的动能和势能之间的转化。

生：物体自由下落平抛时，高度越来越小，速度越来越大。高度减小表示重力势能在减小；速度增大表示动能增大。这个过程中，重力势能转化为动能。

竖直上抛的物体，在上升过程中，速度越来越小，高度越来越大。速度减小表示动能减小；高度增大表示重力势能增大。这个过程动能转化为重力势能。

小球压缩弹簧，放开后弹簧的弹性势能转化为小球的动能。

师：这几个例子中动能和势能之间确实发生了转化，那么在动能和势能的相互转化过程中，动能和势能的总和即总的机械能如何变化呢？

（课件展示自由落体）

师：对自由落体的物体，请同学们在自己的练习本上分别写出动能定理的表达式及重力做功与重力势能变化之间的关系。

（课件展示正确的表达式，强调学生易出错的地方：重力做功等于"初位置"的重力势能减去"末位置"的重力势能）

ppt展示： mgh1-mgh2=12mv22-12mv21

师：等号左边是重力势能的减少量，等号右端是动能的增加量。该式说明什么？

生：在上述过程中重力势能的减小量等于动能的增加量。

ppt展示： 12mv21+mgh1=12mv22=mgh2

师：请同学们结合图形说明这个式子等号两端各物理量的含义。

生：等号左侧表示物体在初位置的机械能；等号右侧表示物体在末位置的机械能。该式说明在上述情景中物体的机械能是守恒的。

师：同学们对这两个表达式描述得很好。其实，在物体做平抛运动或沿光滑斜面下滑都可以列出相同的式子。

那么请你们思考一下，这三种情境中物体的受力情况及各个力做功情况，有哪些共同点和不同点，猜想在什么条件下物体的机械能守恒？

（教师评析后总结守恒定律的内容）

ppt展示： ⒉ 机械能守恒定律：在只有重力做功的情形下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。

师：我们分别用Ek1和Ek2表示物体的初动能和末动能，用Ep1和Ep2表示物体的初位置与末位置的重力势能，则上式变成：

ppt展示： Ek1+ Ep1 =Ek2 +Ep2

是不是除重力外，其他力对物体做了功，物体的机械能就一定不守恒呢？如果竖直下落的物体除受重力外还受到空气的阻力作用，机械能还守恒吗？

（引导学生证明，课件展示）

WG-Wf=12mv22-12mv21

WG=mgh1-mgh2

12mv21+mgh1 =12mv22+mgh2+Wf

师：上式表明，物体在运动过程中，除重力做功外，如果还有其他力做功或其它力做功的代数和不为零，则机械能的总量要变。

ppt展示： ⒊ 守恒条件：只有重力做功。

师：只有重力做功包括以下两种情况：

① 除重力外不受其它力作用 例如：自由落体和平抛

② 受其它力作用，但其它力不做功. 例如：沿光滑斜面下滑

师：这里请大家注意，推导中，物体的初状态和末状态我都是任意取的，所以说，"守恒"指过程中任意时刻的机械能都是相同的。

师：前面我们都是以动能和重力势能的转化为例，研究机械能守恒。

动能和弹性势能的相互转化中，机械能总量是否守恒呢？。

（课件展示小球压缩弹簧的动画）

类比得到：在只有弹力做功的条件下，物体的动能与弹性势能可以互相转化，而机械能的总量保持不变.

ppt展示： 守恒条件：只有重力（或弹力）做功。

师：在这个例子中，小球的动能和弹簧的弹性势能总和保持不变，因此小球和弹簧系统机械能守恒；以自由落体运动为例，由于重力势能是物体和地球相互作用引起的，因此物体和地球系统机械能守恒。所以

ppt展示： ⒋ 机械能守恒是对系统的。

师：学习了机械能守恒定律及条件，现在请同学们试着解释这节课开始我们做的"铁球碰鼻"的实验现象。由于空气阻力和铁球的重力相比可以忽略，那么物体受到哪些力的作用？各力做功情况？铁球的机械能守恒不呢？

生：铁球摆动过程中，受到重力和绳子拉力的作用，但拉力不做功，铁球的机械能守恒，所以每次都摆到原来的高度，实验者的鼻子是安全的。

师：同学解释得非常正确。不仅这样，如果在铁球摆动范围的某点订一个钉子，小球仍能上升到原来的高度。

（课件展示订有一个钉子后单摆小球的动画）

（播放蹦极视频，引导学生分析能量的转化）

5.课堂练习：教材的"思考与讨论"和练习题。

6.小结：本节课我们学习了机械能守恒定律，重点是掌握定律的内容和表达式，理解定律成立的条件，从而正确应用机械能守恒定律解题。同时要注意"守恒"指整个物理过程的任一时刻机械能都是相同的。所以，同学们可以根据需要选择过程中的任意两个状态列机械能守恒的方程。

7 课后反思

该课堂教学设计，充分的体现了新课标的理念，以实验为基础，激发学生学习兴趣，重视学生的学习过程，引导学生积极主动地学习，努力改变学生的学习方式！

重视物理概念和规律的教学，加强学生的创新精神和实践能力的培养，让学生体会科学家发现物理规律的思维过程和思维方法，培养学生自信心以及严谨认真的科学态度。提高学生的科学素养！