人教版物理必修2教案
7-8机械能守恒定律教学设计
一、设计思想
本节是一节规律教学，在本章中处于核心地位，是前面各节内容的综合，同时又是下一节能量守恒定律的基础。新课标指出：在重视物理概念和规律教学的同时要加强学生能力的培养。因此，这节课不仅要让学生掌握规律，同时还要引导学生积极主动地学习，贯彻“学为主体，教为主导”的教学思想。主导作用表现在，组织课堂教学、激发学生学习动机；提供问题的背景，引导学生学习；注意把握激发、疏导、深化、迁移、创造等环节，发展学生思维；注意评价学生的学习，促进学生积极思维，主动获取知识，达到会学的目的。主体作用表现在，通过学生对生活实例和物理实验的观察，激发学生的求知欲，引出对机械能守恒定律的探究，通过探究，提高学生的推理能力，形成科学思维方法。本节课力图体现“从生活走向物理”的理念，通过建立物理模型，由浅入深进行探究，让学生领会科学的研究方法，并通过规律应用巩固知识，初步掌握运用能量转化与守恒来解释物理现象及分析问题的方法，体会科学探究中的守恒思想，体会物理规律对生活实践的作用，领会机械能守恒定律解决问题的优点，形成科学的价值观。
二、教学设计流程图
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教学环节
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情景
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问题
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创设问题情景切入
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生活中：视频，海盗船
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运动过程中，动能和势能如何变化？
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实验事实
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实验1：单摆实验
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运动过程中，动能和势能如何变化？小球摆动的高度是否变化？机械能是否变化？
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激发矛盾
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实验2：将钢球换为泡沫球再做
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小球摆动的高度是否变化？
机械能是否变化？
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提炼核心问题
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依据上述两过程
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什么情况下机械能保持不变？
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科学探究
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1、 小球做自由落体运动
2、 水平弹簧振子
3、 竖直弹簧振子
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只有重力做功，机械能是否保持不变？
只有弹力做功，机械能是否保持不变？
只有重力和弹力做功，机械能是否保持不变？
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应用规律解决实际问题
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1、 泡沫球
2、 过山车
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减少的机械能哪去了？
机械能是否守恒？如何转化？
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三、教学目标
一、知识和技能
1、知道机械能的概念，理解物体的势能和动能可以相互转化
2、理解机械能守恒定律的内容和条件
二、过程和方法
1．学会从物理现象分析推导机械能守恒定律及适用条件的研究方法。
2、会判定具体问题中机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律分析实际问题。
三、情感、态度和价值观
体会科学探究中的守恒思想，领悟用机械能守恒解决问题的优点，形成科学价值观
四、教学过程
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教师活动
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学生活动
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设计意图
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导入：
视频：海盗船
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观察分析：重力做功情况及能量转化情况。
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1、引出功能转化思想2、给出机械能概念：力做功的过程也是能量从一种形式转化为另一种形式的过程，物体的动能和势能总和叫做机械能。
3、提出课题：机械能守恒定律
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演示实验1：
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学生注意观察物体运动中动能、势能的变化情况，分析不变的量是什么，机械能是否变化？
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得出结论：只有重力做功的物体系统内，物体运动过程中，随动能增大，物体的势能减小；反之，随动能减小，物体的势能增加；摆动高度不变，机械能保持不变。
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演示实验2、换泡沫球重复上述实验
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观察思考：小球摆动的高度是否变化？机械能是否变化？
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产生矛盾， 激发探究兴趣
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提出探究问题：什么情况下机械能保持不变？
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学生各抒己见
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激发兴趣，引出学生探究方向
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教师给出研究方法
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学生领悟
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提出研究方法：在探究物理规律时，应该是由简单到复杂，逐步深入，先对简单的物理现象进行探究，然后加以推广深化。在动能与势能转化的情境中，自由落体（只受重力）应该是比较简单的。
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教师给出情景：
１、只有重力对物体做功时物体的机械能
问题：质量为m的物体自由下落过程中，经过高度h１处速度为v１，下落至高度h2处速度为v2，不计空气阻力，分析由h1下落到h2过程中机械能的变化情况。
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学生分析推导：根据动能定理，有：
下落过程中重力对物体做功，重力做功在数值上等于物体重力势能的变化量。取地面为参考平面，有：
WG=mgh1－mgh2
由以上两式可以得到
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建立具体情景，学生有了思维的依托，在此基础上，进行知识的正向迁移，并为学生的猜想提供了依据，激励起学生的学习兴趣和求知欲，引导学生回答物体运动中动能、势能变化情况，引导学生思考分析并推导(让学生独立推导此定律，并作小结：下落过程中，只有重力做功物体系统内，物体重力势能转化为动能，此过程中物体的机械能总量不变。
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引导; 上述结论是否具有普遍意义呢？请同学们进一步分析物体做平抛和竖直上抛运动时的情况。
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继续分析推导
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培养发散思维及正向迁移能力
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1、演示弹簧振子实验
问题：在只有弹簧弹力做功时，物体的机械能是否变化呢
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学生观察分析并类比重力做功进行定性研究
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结论：在只有弹簧弹力做功物体系统内，物体的动能与势能可以相互转化，物体的机械能总量不变。
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２、弹簧和物体组成的系统：质量为m小球从一定高处自由落下，落到直立的下端固定的弹簧上，请分析系统的能量转化关系。（见演示课件）提出问题：
①系统中涉及几种形式的能量？
②那些力对小球作了功？
③机械能守恒吗？
④球运动过程中能量转化情况？
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观察分析讨论回答问题
分析：找小球的平衡位置O点，取O点的重力势能为零，在O点弹簧已有一定的压缩，弹性势能不为零，小球在往复运动过程中，经过平衡位置O点时速度最大，所以小球经过平衡位置Ｏ点时，动能最大，重力势能为零，弹性势能不为零，小球位于Ｂ点位置时，小球重力势能最大，动能、弹性势能为零，小球位于Ａ点位置时，小球弹性势能最大，动能为零，重力势能最小。
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此过程对可发展学生提出了更高层次要求。对守恒条件着眼于整体，揭示了事物间的内在联系，有利于学生克服思维的单向性，表现出思维的灵活多向性，突破难点。
说明：未讲振动，不必给出弹簧振子名称，只需讲清系统特点即可。引导学生思考分析动能，重力势能、弹性势能；只有重力和弹簧弹力做功；系统总的机械能守恒。
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解释刚上课时的泡沫球实验：机械能不守恒的原因
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解释
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与开课导入相呼应，通过对比进一步理解机械能守恒条件，并为下一节能量守恒定律埋下伏笔。
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视频：过山车
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学生分享做过山车的体验
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从生活体验到物理模型
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例、小球沿光滑斜轨道由静止开始滑下，并进入在竖直平面内的离心轨道运动，如图所示，为保持小球能够通过离心轨道最高点而不落下，求小球至少应从多高处开始滑下？已知离心圆轨道半径为R，不计各处摩擦。（见实物实验及演示课件）
问题：①小球能够在离心轨道内完成完整的圆周运动，对小球通过圆轨道最高点的速度有何要求？
②从小球沿斜轨道滑下，到小球在离心轨道内运动的过程中，小球的机械能是否守恒？
③如何应用机械能守恒定律解决这一问题？如何选取物体运动的初、末状态？
进一步说明：在中学阶段，由于数学工具的限制，我们无法应用牛顿运动定律解决小球在离心圆轨道内的运动。但应用机械能守恒定律，可以很简单地解决这类问题。
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学生思考求解：
分析明确：①小球能够通过圆轨道最高点，要求小球在最高点必须具有一定速度，即此时小球运动所需向心力，恰好等于小球所受重力；
②运动中小球的机械能守恒；
③选小球开始下滑为初状态，通过离心轨道最高点为末状态，研究小球这一运动过程。
落实书写：解：取离心轨道最低点所在平面为参考平面，开始时小球具有的机械能E1=mgh。通过离心轨道最高点时，小球速度为v，此时小球的机械能为。根据机械能守恒定律E1=E2，有
小球能够通过离心轨道最高点，应满足
由以上两式解得h≥5R/2
小球从h≥5R/2的高度由静止开始滚下，可以在离心圆轨道内完成完整的圆周运动。
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1、通过规律应用巩固知识，初步掌握运用能量转化与守恒来解释物理现象及分析问题的方法，体会科学探究中的守恒思想，体会物理规律对生活实践的作用，领会机械能守恒定律解决问题的优点，形成科学的价值观。
2、明确解题思路：
（1）受力分析，判断是否符合机械能守恒的条件。
（2） 列出初、末两个状态的机械能。
（3） 根据机械能守恒定律列出等式，求解方程。
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五、板书设计
一、机械能概念
物体的动能和势能总和叫做机械能。
二、 机械能守恒定律
在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。
三、 应用机械能守恒定律解题的一般步骤
1、 受力分析，判断是否符合机械能守恒的条件。
2、 列出初、末两个状态的机械能。
3、根据机械能守恒定律列出等式，求解方程。
六、教学反思（授课后补上）
七、点评