機(jī)械能守恒定律 教學(xué)設(shè)計(jì)
【教學(xué)目標(biāo)】
一、知識(shí)與技能
1.知道什么是機(jī)械能，知道物體的動(dòng)能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化；
2.會(huì)正確推導(dǎo)物體在光滑曲面上運(yùn)動(dòng)過程中的機(jī)械能守恒，理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容，知道它的含義和適用條件；
3.在具體問題中，能判定機(jī)械能是否守恒，并能列出機(jī)械能守恒的方程式。
二、過程與方法
1.學(xué)會(huì)在具體的問題中判定物體的機(jī)械能是否守恒；
2.初步學(xué)會(huì)從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)來解釋物理現(xiàn)象，分析問題。
三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀
通過能量守恒的教學(xué)，使學(xué)生樹立科學(xué)觀點(diǎn)，理解和運(yùn)用自然規(guī)律，并用來解決實(shí)際問題。
【教學(xué)重點(diǎn)】
1.掌握機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)、建立過程，理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容；
2.在具體的問題中能判定機(jī)械能是否守恒，并能列出定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
【教學(xué)難點(diǎn)】
1.從能的轉(zhuǎn)化和功能關(guān)系出發(fā)理解機(jī)械能守恒的條件；
2.能正確判斷研究對象在所經(jīng)歷的過程中機(jī)械能是否守恒，能正確分析物體系統(tǒng)所具有的機(jī)械能，尤其是分析、判斷物體所具有的重力勢能。
【教學(xué)方法】
演繹推導(dǎo)法、分析歸納法、交流討論法。
【教具】
細(xì)線、小球、帶標(biāo)尺的鐵架臺(tái)。
【教學(xué)過程】
一、引入新課
教師活動(dòng)：我們已學(xué)習(xí)了重力勢能、彈性勢能、動(dòng)能。這些不同形式的能是可以相互轉(zhuǎn)化的，那么在相互轉(zhuǎn)化的過程中，他們的總量是否發(fā)生變化？這節(jié)課我們就來探究這方面的問題。
二、進(jìn)行新課
1.動(dòng)能與勢能的相互轉(zhuǎn)化
演示實(shí)驗(yàn)：如圖所示，用細(xì)線、小球、帶有標(biāo)尺的鐵架臺(tái)等做實(shí)驗(yàn)。
把一個(gè)小球用細(xì)線懸掛起來，把小球拉到一定高度的點(diǎn)，然后放開，小球在擺動(dòng)過程中，重力勢能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化。我們看到，小球可以擺到跟點(diǎn)等高的點(diǎn)，如圖甲。
如果用尺子在某一點(diǎn)擋住細(xì)線，小球雖然不能擺到點(diǎn)，但擺到另一側(cè)時(shí)，也能達(dá)到跟點(diǎn)相同的高度，如圖乙。
問題：這個(gè)小實(shí)驗(yàn)中，小球的受力情況如何？各個(gè)力的做功情況如何？這個(gè)小實(shí)驗(yàn)說明了什么？
學(xué)生：觀察演示實(shí)驗(yàn)，思考問題，選出代表發(fā)表見解。
小球在擺動(dòng)過程中受重力和繩的拉力作用。拉力和速度方向總垂直，對小球不做功；只有重力對小球能做功。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：小球在擺動(dòng)過程中重力勢能和動(dòng)能在不斷轉(zhuǎn)化。在擺動(dòng)過程中，小球總能回到原來的高度。可見，重力勢能和動(dòng)能的總和，即機(jī)械能應(yīng)該保持不變。
教師：通過上述分析，我們得到動(dòng)能和勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化，那么在動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化過程中，動(dòng)能和勢能的和是否真的保持不變？下面我們就來定量討論這個(gè)問題。
2.機(jī)械能守恒定律
物體沿光滑曲面滑下，只有重力對物體做功。用我們學(xué)過的動(dòng)能定理以及重力的功和重力勢能的關(guān)系，推導(dǎo)出物體在處的機(jī)械能和處的機(jī)械能相等。
教師：為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律。讓學(xué)生親歷知識(shí)的獲得過程。
學(xué)生：獨(dú)立推導(dǎo)。
教師：巡視指導(dǎo)，及時(shí)解決學(xué)生可能遇到的困難。
推導(dǎo)的結(jié)果為：，
即 。
可見：在只有重力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。
同樣可以證明：在只有彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化，總的機(jī)械能也保持不變。
結(jié)論：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化，總的機(jī)械能也保持不變。這就是機(jī)械能守恒定律。