高中物理《能量守恒定律》教案设计

能量守恒定律

本节课的设计，教材继续沿用了前几节的课程模式，先由生活中的实例引出研究问题，然后用实验加以证实，让学生接受这个物理事实.接着再从理论上推导、证明，从而得出结论.

这节课教材是从生活中骑自行车上坡的实例入手，引出动能和重力势能在此过程中是在相互转化的.接着通过实验来证实这个转化过程中的守恒结论.最后提出了自然界中最普遍、最基本的规律之一能量转化和守恒定律.

机械能守恒定律是能量守恒定律的一个特例，要使学生对定律的得出、含义、适用条件有一个明确的认识，这是能够用该定律解决力学问题的基础.

各种不同形式的能相互转化和守恒的规律，贯穿在整个物理学中，是物理学的基本规律之一.能量守恒定律是学习各种不同形式的能量转化规律的起点，也是运动学和动力学知识的进一步综合和展开的重要基础.所以这一节知识是本章重要的一节.

机械能守恒定律是本章教学的重点内容，本节教学的重点是使学生掌握物体系统机械能守恒的条件；能够正确分析物体系统所具有的机械能.

分析物体系统所具有的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能，是本节学习的难点之一.在教学中应让学生认识到，物体重力势能大小与所选取的参考平面（零势面）有关；而重力势能的变化量是与所选取的参考平面无关的.在讨论物体系统的机械能时，应先确定参考平面.

教学重点1.理解机械能守恒定律的内容；

2.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；

3.理解能量转化和守恒定律.

教学难点1.从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件；

2.能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒.

教具准备自制投影片、CAI课件、重物、电磁打点计时器以及纸带、复写纸片、低压电源及两根导线、铁架台和铁夹、刻度尺、小夹子.

课时安排1课时

三维目标

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.理解机械能守恒定律的内容；

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；

4.理解能量守恒定律，能列举、分析生活中能量转化和守恒的例子.

二、过程与方法

1.初步学会从能量转化和守恒的观点解释现象、分析问题；

2.通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法.

三、情感态度与价值观

1.通过能量守恒的教学，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；

2.通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观.培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度.

教学过程

导入新课

［实验演示］

动能与势能的相互转化

教师活动：演示实验1：如下图，用细线、小球、带有标尺的铁架台等做实验.

把一个小球用细线悬挂起来，把小球拉到一定高度的A点，然后放开，小球在摆动过程中，重力势能和动能相互转化.我们看到，小球可以摆到跟A点等高的C点，如图甲.

如果用尺子在某一点挡住细线，小球虽然不能摆到C点，但摆到另一侧时，也能达到跟A 点相同的高度，如图乙.

问题：这个小实验中，小球的受力情况如何？各个力的做功情况如何？这个小实验说明了什么？

学生活动：观察演示实验，思考问题，选出代表发表见解.

小球在摆动过程中受重力和绳的拉力作用.拉力和速度方向总垂直，对小球不做功；只有重力对小球做功.

实验表明，小球在摆动过程中重力势能和动能在不断转化.在摆动过程中，小球总能回到原来的高度.可见，重力势能和动能的总和，即机械能应该保持不变.

教师活动：演示实验2：如图，水平方向的弹簧振子.

用弹簧振子演示动能和弹性势能的相互转化.

问题：这个实验中，小球的受力情况如何？各个力的做功情况如何？这个实验说明了什么？

学生活动：观察演示实验，思考问题，选出代表发表见解.

小球在往复运动过程中，竖直方向上受重力和杆的支持力作用，水平方向上受弹力作用.重力、支持力和速度方向总垂直，对小球不做功；只有弹簧的弹力对小球做功.

实验表明，小球在往复运动过程中弹性势能和动能在不断转化.小球在往复运动过程中总能回到原来的位置，可见，弹性势能和动能的总和，即机械能应该保持不变.

教师活动：总结、过渡：

通过上述分析，我们得到动能和势能之间可以相互转化，那么在动能和势能的转化过程中，动能和势能的和是否真的保持不变？下面我们就用实验来探索这个问题.

推进新课

一、机械能的转化和守恒的实验探索

在学生开始做实验之前，老师应强调如下几个问题：

1.该实验中选取被打点纸带应注意两点：一是第一点O为计时起点，O点的速度应为零.怎样判别呢？

2.是否需要测量重物的质量？

3.在架设打点计时器时应注意什么？为什么？

4.实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？为什么？

5.测量下落高度时，某同学认为都必须从起始点算起，不能弄错.他的看法正确吗？为了减小测量 h 值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好，还是近些好？

学生活动：思考老师的问题，讨论、交流，选出代表发表见解.

1.因为打点计时器每隔0.02 s 打点一次，在最初的0.02 s 内物体下落距离应为0.002 m ，所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近2 mm 的纸带进行测量；二是在纸带上所选的点就是连续相邻的点，每相邻两点时间间隔t =0.02 s.

2.因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量 m ，而只需验证n n gh v =22

1就行了. 3.打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以尽量减少重物带着纸带下落时所受到的阻力作用.

4.必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落.

5.这个同学的看法是正确的.为了减小测量 h 值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好.

教师活动：听取学生汇报，点评，帮助学生解决困难.

学生活动：学生进行分组实验.

数据处理：

明确本实验中要解决的问题即研究动能与重力势能的转化与守恒.

在右图中，质量为m 的物体从O 点自由下落，以地面作零势能面，下落

过程中任意两点A 和B 的机械能分别为：

A A A mgh mv E +=221,

B B B mgh mv E +=22

1 如果忽略空气阻力，物体下落过程中如果动能的改变量等于势能的改变

量，于是有

E a =E b ,即

B B A A mgh mv mgh mv +=+222121 上式亦可写成B A A B mgh mgh mv mv -=-222121 该式左边表示物体由A 到B 过程中动能的增加，右边表示物体由A 到B 过程中重力势能的减少.

如果实验证明等式成立,说明物体重力势能的减少等于动能的增加.为了方便，可以直接从开始下落的O 点至任意一点（上图中A 点）来进行研究，这时应有：mhg mv A =22

1.式中h 是物体从O 点下落至A 点的高度，v A 是物体在A 点的瞬时速度.

1.如何求出A 点的瞬时速度v A ？

根据做匀加速运动的物体在某一段时间t 内的平均速度等于该时间中间时刻的瞬时速度可求出A 点的瞬时速度v A .

右图是竖直纸带由下而上实际打点后的情况.从O 点开始依次取点

1、2、3……图中s 1、s 2、s 3……分别为0～2点，1～3点，2～4点……

各段间的距离.根据公式t

s v =，t=2×0.02 s （纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都是0.02 s ），可求出各段的平均速度.这些平均速

度就等于1、2、3……各点相对应的瞬时速度v 1、v 2、v 3……例如：