1、 第七章 機械能守恒定律本章設計 在具備了運用牛頓運動定律和運動學知識來解決力學問題的基礎上,物理問題的研究開始由力的觀點向能的觀點發展和深化引入功和能(動能、勢能)等重要物理量和動能定理、機械能守恒定律等重要規律.在應用時,不僅省略了對物理過程的分析和運算,而且從更高的角度駕馭物理情景,為我們解決力學問題開辟了新的途徑. 守恒關系是自然界中十分重要的關系,通過“追尋守恒量”的學習,加強學生對守恒關系的認識,并把這種思想滲透在能量學習的全過程.在教學中,通過“功和能”的學習,培養學生的科學思路和研究方法,強化學生的邏輯思維能力.在探究彈性勢能的實驗中,啟迪學生通過自主探索,變未知為已知.鼓勵學

2、生調查自己周圍常見的各種機械,了解其功率,探討功率的影響因素,加深對功率這一常見概念的認識、理解. 本章的重點是正確理解功和能的概念和掌握功能關系.因此,逐步加深理解功和能的概念以及功能關系是學習本章的基本線索. 本章的難點是變力的功,以及動能定理和機械能守恒定律的正確應用.在學習功的概念時,要注意區分物體的位移和力的方向上的位移.學習動能定理和機械能守恒定律時,要抓住功能關系這一主線,從中體會功與能的轉化與轉移. 全章共10節,建議用12課時.各節課時建議安排如下：1 追尋守恒量1課時2 功1課時3 功率2課時4 重力勢能1課時5 探究彈性勢能的表達式1課時6 實驗:探究功與速度變化的關系1

3、課時7 動能和動能定理2課時8 機械能守恒定律1課時9 實驗:驗證機械能守恒定律1課時10 能量守恒定律與能源1課時1 追尋守恒量整體設計 功和能量轉化的關系不僅為解決力學問題開辟了一條新的重要途徑,同時它也是分析解決電磁學、熱學等領域中問題的重要依據.但是學生在能量概念的建立上沒有概念基礎,所以教材在第一節設立追尋守恒量,旨在讓學生對能量能夠有清晰的認識.教材從著名物理學家的理論出發,展示伽利略的斜面實驗,逐步引導能量的概念建立.繼而利用生活中的實例,給出勢能和動能的概念.教材具體說明了引入能量概念的必要性. 在實際教學中,逐步滲透物理學家研究待認識問題的方法:設法找出所研究現象是否存在物理

4、量守恒的情況,一旦發現某種物理量守恒,就首先用以整理過去的經驗和知識并總結成定律,然后在新的現象或事例中對總結出的守恒定律進行檢驗,如果定律得以證實就可以借助它解決問題,甚至作出新的預見,追尋和研究守恒量是物理學的一種重要研究方法. 守恒關系是自然界中十分重要的關系,通過本節課的學習,加強學生對守恒關系的認識,并把這種物理思想滲透在能量學習的過程中.教學重點 理解動能、勢能的含義,體會能量轉化、守恒的普遍存在性.教學難點 培養創新能力,使學生在發現了能量轉化、守恒的普遍存在性后,能意識到存在的巨大使用前景.課時安排 1課時三維目標知識與技能1.理解動能、勢能及能量的概念與意義.2.能獨立分析伽

5、利略理想斜面實驗的能量轉換和守恒關系.3.能列舉不同形式的能量可以相互轉化并守恒的實例.過程與方法1.體會伽利略分析問題的精妙,學習分析事物本質的方法.2.在列舉事例過程中體會費恩曼所說話的深刻內涵,體會轉化與守恒的普遍性.情感態度與價值觀1.通過動能、勢能間的相互轉化來研究生活中的物體的運動,培養熱愛生活的情趣.2.通過“追尋守恒量”,使學生了解守恒思想的重要性,初步樹立能量轉化與守恒的觀點,學會從物理現象中探求事物本質的科學態度和研究方法.3.通過學習,要善于把實際問題理想化.課前準備 多媒體課件、學案、滾擺、單擺.教學過程導入新課實驗導入 如圖所示,一個用細線懸掛的小球從A點開始擺動.記

6、住它向右能夠達到的最大高度.然后用一把直尺在P點擋住擺線,看一看這種情況下小球所能達到的高度. 這個實驗現象說明了什么?它是否說明在小球擺動的過程中某種“東西”是不變的?這種“東西”會是什么? 通過本節課的學習,同學們就能理解這一實驗現象了.故事導入 新華社2000年12月31日和中央電視臺2001年元月6日先后報道：在20世紀的最后幾分鐘里，一項新的多米諾骨牌吉尼斯世界紀錄，在北京頤和園體育健康城綜合館和網球館誕生了.中國、日本和韓國的62名青年學生成功地推倒了340多萬張骨牌，一舉打破了此前由荷蘭人保持的297萬張的世界紀錄.從電視畫面可看出，骨牌瞬間依次倒下的場面蔚為壯觀，其間顯示的圖案

7、豐富多彩，令人驚嘆.其中蘊含著一定的科學道理,這就是“多米諾骨牌效應”.該效應產生的能量是十分巨大的.這種效應的物理道理是：骨牌豎著時，重心較高，倒下時重心下降，倒下過程中，將其重力勢能轉化為動能，它倒在第二張牌上，這個動能的一部分就轉移到第二張牌上，第二張牌將第一張牌轉移來的動能和自己倒下過程中由本身具有的重力勢能轉化來的動能之和，再傳到第三張牌上所以每張牌倒下的時候，雖然有部分能量損失，但具有的動能都比前一塊牌大，因此它們的速度一個比一個快，也就是說，它們依次推倒的能量一個比一個大.你可以設想一下,如果牌的個數足夠多,那么最后一個牌的速度將是怎樣的大！場面又是何等的壯觀! 故事中應用到了動

8、能、勢能及其轉化.今天,我們就來學習追尋守恒量這節課,學習問題中展示的能量問題,探索其中的奧秘.問題導入 “挽弓當挽強,用箭當用長;射人先射馬,擒賊先擒王.”這是一首杜甫的詩.跳高運動員總是要充分地助跑才能取得好的成績.請同學們思考下面的問題:(1)為什么強弓就射得遠?跳高運動員是以高度來計成績的,而他們為什么要提高自己的速度呢?難道速度和高度之間有什么聯系嗎?(2)這體現了一種什么過程? 推進新課一、伽利略斜面實驗 牛頓是經典力學的奠基人,他提出了三個定律和萬有引力定律,但是他沒有研究過能量(至少沒有深入研究),所以當時人類對自然的認識還很有局限.但在伽利略的實驗中,已經有了“能量”的影子.

9、 能量概念的形成和發展,始終是和能量守恒定律的建立過程緊密相連的.能量守恒定律的發現告訴我們,盡管物質世界千變萬化,但這種變化不是沒有規律的,基本的規律就是守恒定律.這一節課我們從一個較高的角度去認識這個問題. 教師指導:讓一位學生朗讀教材開頭費恩曼的話,讓學生體會能量守恒定律的重要性.活動探究課件展示1:大屏幕投影展示伽利略理想實驗的flash模擬動畫.問題:1.當小球沿斜面從高處由靜止滾下時,小球的高度不斷減小,而速度不斷增大,說明了什么?2.當小球從斜面底沿另一個斜面向上滾時,小球的位置不斷升高,而速度不斷減小,說明了什么問題?學生觀察交流、討論并總結:明確：1.說明小球憑借其位置而具有

10、的物理量不斷減少,而由于運動而具有的物理量不斷增大.2.說明小球憑借位置而具有的物理量不斷增加,而由于運動而具有的物理量逐漸減少.課件展示2：利用動畫模擬實驗,將斜面調整,引導學生觀察小球的運動情況.指導學生自己組織語言,描述看到的物理現象.學生通過閱讀并觀察、討論、總結:讓小球沿一個斜面從靜止開始滾下,小球將滾上另一斜面,如果沒有摩擦,小球將上升到原來的高度.減小后一斜面的傾角,小球在這個斜面上仍達到同一高度,但這時他要滾得遠些.若繼續減小后一斜面的傾角,小球達到同一高度,但滾得更遠些.教師設疑：若將后一斜面放平,小球的運動情況將是怎樣?引導學生討論、交流,大膽猜想.參考結論：小球好像“記得

11、”自己的起始高度,但又永遠達不到原來的高度,所以將永遠滾動下去.點評：教師通過動畫展示,讓學生感受到“有某一量是守恒的”.教師逐步引導,讓學生體會“守恒量”的追尋過程,進一步激發學生的探究意識和學習的欲望.二、物體的動能和勢能實驗演示：演示滾擺實驗和單擺實驗,進一步強化,如果沒有摩擦和介質阻力,物體好像“記得”自己初始的高度,即某一量是守恒的. 引導學生根據以上示例,舉出生活中其他關于此種現象的事例. 公園里的秋千,游樂園里的海盜船,乒乓球自高處落到水泥地面上后的運動,在沒有摩擦和空氣阻力的情況下,都能達到一定的高度.這說明,將實際生活中的問題理想化后,確實存在著某一物理量是不變的. 通過學生

12、列舉實例,讓學生體會生活中的普遍規律. 教師點評：在物理學中,我們把以上這一事實說成是“有某一量是守恒的”,并把這個量叫做能量或能. 通過閱讀體會,給出動能與勢能的概念,體會動能與勢能轉化并守恒的普遍存在. 教師引導學生認識,伽利略的發現今天看來就是我們學習過的能量轉化與守恒的思想.其中與高度有關的量,我們稱為勢能;與速度有關的量我們稱為動能. 課件展示實例,指導學生分析物體動能和勢能之間的轉化情況.滾擺1.視頻展示:秋千與海盜船.2.視頻展示:滾擺與落下的乒乓球.學生詳細分析:討論總結并由代表發言.階段小結:1.能量:“有某一量是守恒的”,這個量叫做能量或能.2.勢能:相互作用的物體憑借其位

13、置而具有的能量叫做勢能.3.動能:物體由于運動而具有的能量叫做動能.視野拓展 2004年12月26日，國際標準時間00：58：50，一股壓抑許久的“怒氣”從印度洋深處狂躁地迸發而出，里氏9.0級(美國地震局測定)地震劈開周圍的海水,形成一道道相距百十公里的弧形水幕，以每小時800公里的起始速度排山倒海般向四周襲去巨浪呼嘯，以摧枯拉朽之勢，越過海岸線,越過田野，迅猛地襲擊著岸邊的城市和村莊，瞬時人們都消失在巨浪之中.港口所有設施、被震塌的建筑物，在狂濤的洗劫下，被席卷一空.事后，海灘上一片狼藉，到處是殘木破板和人畜尸體.地震海嘯給人類帶來的災難是十分巨大的 試查閱有關資料，談一談此次海嘯中存在哪

14、些能量.例 以豎直上拋的小球為例說明小球的勢能和動能的轉化情況.在這個例子中是否存在著能的總量保持不變?參考解析：豎直上拋運動的小球,首先由動能轉化為勢能,達到最高點時,動能為零,勢能達到最大;在下落時,勢能逐漸減小,動能逐漸增大,勢能又轉化為動能.在小球運動過程中,小球的機械能總量保持不變.點評：本實例探究可以應用受力情況來作分析,亦可根據實際運動情況總結,緊緊抓住高度影響勢能,速度影響動能這一關鍵進行分析.課堂訓練如圖所示,一根不可伸長的細繩拴著一個小球在豎直平面內擺動,圖中a、b、c三點分別表示小球擺動過程中的三個不同位置,其中a、c等高.在小球擺動的整個過程中,動能最大時是在_點,在_

15、點勢能最大;如果沒有空氣阻力的影響,小球在a點的動能_(填“大于”“等于”或“小于”)在c點的動能.解析：在小球來回擺動時,動能與勢能不停地相互轉化但總量不變.在a、c兩點時位置最高,勢能最大,速度為零,動能為零.在b點時位置最低,勢能最小,速度最大,動能最大.答案：b a、c 等于方法總結：在某一過程中,若僅涉及動能和勢能的轉化,若能判斷出其中一種能量正在減小或增大,則另一種能量一定正做相反變化,且一種能量為零時,另一種能量達到最大值.課堂小結1.物體由于位置高度而具有的能量叫做重力勢能.對于同一水平面而言,物體被舉得越高、質量越大,物體具有的重力勢能就越大.2.物體由于運動而具有的能量叫做

16、動能.動能是由物體的質量和速度共同決定的,物體運動的速度越大、質量越大,它的動能就越大.3.動能和勢能統稱為機械能.動能可以轉化為勢能,勢能也可以轉化為動能.在只有重力做功時,動能和勢能的相互轉化過程中,總的機械能不變.布置作業1.通過各種途徑查找資料,了解人類對能量的研究過程.2.在其他自然學科中列舉出幾個能量轉化與守恒的實例;轉化與守恒的思想(不僅僅是能量)在生產生活中的實例.(例如水資源)板書設計1 追尋守恒量一、伽利略斜面實驗二、物體的動能和勢能1.勢能:相互作用的物體憑借其位置而具有的能量2.動能:物體由于運動而具有的能量三、追尋守恒量的意義活動與探究課題:能量的應用.內容:古代戰爭中常用滾木和檑石作為武器來阻止敵人的進攻,你能利用所學的知識說明其中的科學道理嗎?這種戰術適用于哪種情況?怎樣才能使殺傷力更大?為什么?方法:利用動能與勢能的轉化思想.參考答案：滾木和檑石的重力勢能轉化為動能,利用其動能來殺傷敵人;這種戰術適用于居高防守;提高其高度、增大其質量才能有更大的殺傷力.習題詳解解答:做自由