《探究机械能守恒定律》教学设计

　　【教学目标】

 

　　一、知识与技能

 

　　1．知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化。

 

　　2．正确推导重物自由下落过程中的机械能守恒，理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件。

 

　　3．在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式。

 

　　二、过程与方法

 

　　1．学会在具体的问题中判定物体的机械能是否守恒。

 

　　2．初步学会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象，分析问题。

 

　　三、情感、态度与价值观

 

　　通过机械能守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问题。

 

　　【教学重点】

 

　　1．掌握机械能守恒定律的理论推证和实验验证过程。

 

　　3．掌握机械能守恒的条件。

 

　　4．在具体的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出机械能定律的数学表达式。

 

　　【教学难点】

 

　　1．如何让学生从事例中感受和猜想物体的机械能转化遵循什么规律。

 

　　2．在实验验证中如何处理纸带，数据如何处理。

 

　　【教学方法】

 

　　情景创设法、分析推证法、探究与交流讨论法。

 

　　【教具】

 

　　多媒体

 

　　【教学过程】

 

　　一、情景引入：视频

 

　　回顾：动能和重力势能的概念。

 

　　提问：什么是机械能？

 

　　情景创设（视频）：瀑布、跳高

 

　　请同学们根据提供的情景，描述它们的动能、重力势能是如何变化和转化的？

 

　　生：水从高处下落：水的重力势能转化为动能。

 

　　跳高：运动员向上跳高的过程中，动能减小，重力势能增加；减小的动能转化为增加的重力势能。向下则反之。

 

　　通过以上事例的分析，你猜想减小的重力势能与增加的动能之间的关系是怎样的？

 

　　学生猜想：

 

　　现在就通过探究来验证我们的猜想是否正确！

 

　　提问：要探究一个物理问题可以从几方面来探究？

 

　　二、理论分析

 

　　下面以最简单的例子从理论分析和实验探究两方面来研究机械能的转化与守恒问题。

 

　　先从理论分析来研究重锤自由下落过程中机械能是否守恒

 

　　①如图所示，忽略空气阻力，设重物的质量为m，当重锤离地面高度为h₁时，重锤具有的机械能是：

 

　　E₁=E_K1+E_P1=           

 

　　结论：E₁=E_K1+E_P1=

 

 

　　②当重物继续下落至离地面高度为h₂处时，重锤具有的机械能是：

 

　　E₂=E_K2+E_P2=         

 

　　结论：E₂=E_K2+E_P2=

 

　　③试着比较重锤从h₁高处下落到h₂高处时动能的增加量E_k与重力势能的减少量△E_p相等吗？（现在就从理论上去推导这两个位置的机械能是否相等）

 

　　设问：如果相等会得出什么结论呢？

 

　　引导学生利用已经学习过的动能定理或运动学知识分析推导得出△E_k =△E_p

 

　　既：

 

　　结论：由于动能的增加量△E_k与重力势能的减少量△E_p相等，因此E₁=E₂

 

　　上面是从分析重锤自由下落过程中得出的结论。这个结论具有普遍意义吗？

 

　　提问：物体在做斜抛运动时这个结论也正确吗？

 

　　分析图中斜抛物体的频闪照片，你也能得出“斜抛物体的动能和势能互相转化，但在任一位置的机械能都相同”的结论吗？（留给学生课后探究）

 

 

　　总结：研究证明，在只有重力做功的情况下，不论物体是做直线运动还是做曲线运动，这个结论都是正确的。

 

　　机械能守恒定律：在只有重力做功的情况下，物体的动能和势能可以互相转化，而且机械能的总量保持不变。

 

　　即：E=E_K+E_P=恒量

 

　　三、实验验证

 

　　提问：如何设计一个实验来验证机械能守恒定律呢？

 

　　在现有器材的条件下，这节课推荐大家用自由下落的重物和打点计时器验证机械能守恒定律。

 

　　实验装置如图所示：

 

 

　　【仪器和器材】

 

　　电磁打点计时器，学生电源，方座支架，直尺，重锤，纸带，复写纸，导线。

 

　　实验前的准备工作：

 

　　引导学生：

 

　　⑴如何选择纸带

 

　　提问：某个位置的机械能能不能测量？怎样测量？

 

　　⑵如何测量记数点的速度？即：V₁，V₂的速度。

 

　　⑶如何测量重物的重力势能的减少量mg△h和动能的增加量 ？并用这两个量来验证机械能是否守恒。

 

　　由于数据比较多我给大家提供了一组参考的数据表格，同学们可以根据自己的实际情况设计更加具体的实验步骤和数据表格。

 

　　数据处理参考表格（并借助计算机数表软件处理实验数据）

 

 

　　学生分组实验：

 

　　⑴老师及时观察学生的实验并与学生互动。

 

　　⑵实验数据分析与处理

 

　　⑶学生汇报实验结果

 

　　这节课我们借助计算机数表辅助数据处理。这样使我们处理数据更加的简单，方便。

 

　　四、交流讨论（作业）

 

　　一个学生骑自行车沿着斜坡自然下滑时，机械能是否守恒。