人教版高中物理必修2教學(xué)設(shè)計(jì)

課題機(jī)械能守恒定律單元8學(xué)科物理年級(jí)高一

《機(jī)械能守恒定律》是人教版高中物理必修2第8章第4節(jié)的內(nèi)容，機(jī)械能守恒定律屬

于物理規(guī)律教學(xué)，是對(duì)功能關(guān)系的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，是學(xué)生理解能量轉(zhuǎn)化與守恒的鋪墊，為今后

教材

學(xué)習(xí)動(dòng)量守恒、電荷守恒打下基礎(chǔ)。教材通過多個(gè)具體實(shí)例，說明勢(shì)能和動(dòng)能，先猜測(cè)動(dòng)能

分析

和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，引出對(duì)機(jī)械能守恒定律及守恒條件的探究，由定性分析到定量計(jì)

算，逐步深入，最后得出結(jié)論，并通過應(yīng)用使學(xué)生領(lǐng)會(huì)定律在解決實(shí)際問題時(shí)的優(yōu)越性。

一、教學(xué)目標(biāo)

1．在已經(jīng)學(xué)習(xí)有關(guān)機(jī)械能概念的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律，掌握機(jī)械能守恒的條

件，掌握應(yīng)用機(jī)械能守恒定律分析、解決問題的基本方法．

2．學(xué)習(xí)從功和能的角度分析、處理問題的方法，提高運(yùn)用所學(xué)知識(shí)綜合分析、解決問

題的能力。

教學(xué)

二、核心素養(yǎng)

目標(biāo)

與核物理觀念：首先從概念的角度出發(fā)，明確什么是機(jī)械能，在機(jī)械能守恒的情況下重力勢(shì)

心素能與動(dòng)能之間是相互轉(zhuǎn)化的，構(gòu)建能量觀念。

養(yǎng)

科學(xué)思維：通過紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器找到重力勢(shì)能的減少量與動(dòng)能增加量之間的關(guān)系，從

而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，體驗(yàn)驗(yàn)證過程和物理學(xué)的研究方法。

科學(xué)探究：運(yùn)用動(dòng)能定理推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律，體會(huì)做功在能量轉(zhuǎn)化過程的用途。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過機(jī)械能守恒的教學(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

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。

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(duì)象在所經(jīng)歷的過程中機(jī)械能是否守恒，能正確分析物體所具有的機(jī)

械能，尤其是分析、判斷物體所具有的重力勢(shì)能。

教學(xué)過程

教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖

導(dǎo)入新課思考：一輛過山車在下滑過程中，既然沒有什學(xué)生思考討論了解過山車的

么動(dòng)力，為什么每次總能如此準(zhǔn)確的完成一連串有運(yùn)動(dòng)引出本節(jié)的

驚無險(xiǎn)的動(dòng)作呢？課題

出示圖片:翻滾過山車

這實(shí)際上是動(dòng)能和勢(shì)能之間發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化，

那么你知道它們?cè)谵D(zhuǎn)化的過程中遵守什么規(guī)律

嗎？

講授新課一、追尋守恒量

能量對(duì)于科學(xué)研究和日常生活有著巨大的影

響，但要用一句話說清楚能量究竟是什么卻非易

事。

思考討論1：如果不采用能量的概念，你能描

述伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)嗎？

學(xué)生閱讀課文鍛煉學(xué)生自主學(xué)

思考討論習(xí)能力和語言表

達(dá)能力

伽利略為了把小球從桌面提高到斜面上的某

個(gè)位置，施加了與重力相反的力；當(dāng)他釋放小球時(shí)，

重力使小球滾下斜面A；在斜面的底部，小球由

于慣性而滾上斜面B。

思考討論2：不采用能量描述，能全面并準(zhǔn)確

表達(dá)伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)嗎？

學(xué)生思考討論了解伽利略的運(yùn)

不能直接表達(dá)一個(gè)最重要的事實(shí)：如果空氣阻

動(dòng)的描述和引入

力和摩擦力小到可以忽略，小球必將準(zhǔn)確地終止于

能量的必要性

它開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的高度，不會(huì)更高一點(diǎn)，也不會(huì)更低

一點(diǎn)。這說明某種“東西”在小球運(yùn)動(dòng)的過程中是

不變的。

能量概念的引入是科學(xué)前輩們追尋守恒量的

一個(gè)重要事例。

二、動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化

1.重力勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化

學(xué)生觀察單擺理解重力勢(shì)能與

的運(yùn)動(dòng)說出它動(dòng)能能相互轉(zhuǎn)化

的能量轉(zhuǎn)化

A-B：在這個(gè)過程中，物體的速度增加了，表

示物體的動(dòng)能增加了。這說明，物體原來的重力勢(shì)

能轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能。

B-C：在這個(gè)過程中，這時(shí)重力對(duì)物體做負(fù)功，

物體的速度減小，表示物體的動(dòng)能減少了。但由于

物體的高度增加，它的重力勢(shì)能增加了。

這說明，物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了重力勢(shì)能。

結(jié)論:物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。

2.彈性勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化.

學(xué)生觀察彈黃理解彈性勢(shì)能與

以及小球的運(yùn)動(dòng)能能相互轉(zhuǎn)化

動(dòng)，說出它的

能量轉(zhuǎn)化

由小球接觸彈簧到速度為零的這一過程中，彈

力做負(fù)功，彈簧的彈性勢(shì)能增加，而物體速度減小，

動(dòng)能減少。小球原來的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了彈性勢(shì)能。

壓縮的彈簧

彈簧恢復(fù)原來形狀

被壓縮的彈簧具有彈性勢(shì)能，當(dāng)彈簧恢復(fù)原來

形狀時(shí)，就把跟它接觸的物體彈出去。這一過程中，

彈力做正功，彈簧的彈性勢(shì)能減少，而物體得到一

定的速度，動(dòng)能增加。物體原來的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化成

了動(dòng)能。

出示圖片:跳板跳水學(xué)生練習(xí)幫助學(xué)生理解彈

運(yùn)動(dòng)員從跳板上彈起的過程中，跳板的———性勢(shì)能和動(dòng)能的

______轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)員的_________。轉(zhuǎn)化

答案：彈性勢(shì)能、動(dòng)能

結(jié)論:物體的動(dòng)能和彈性勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。

3.機(jī)械能

重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能與動(dòng)能都是機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的

能量形式，統(tǒng)稱為機(jī)械能。通過重力或彈力做功，

機(jī)械能可以從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式。

思考與討論：一個(gè)小球在真空中做自由落體運(yùn)

動(dòng)，另一個(gè)同樣的小球在黏性較大的液體中由靜止

開始下落。它們都由高度為h1的地方下落到高度

為h2的地方，如下圖所示。

學(xué)生思考討論理解能量之間的

回答轉(zhuǎn)化，鍛煉學(xué)生

的表達(dá)能力

小球在真空和油中的下落

(1)在這兩種情況下，重力做的功相等嗎？

(2)重力勢(shì)能的變化相等嗎？

(3)動(dòng)能的變化相等嗎？

(3)重力勢(shì)能各轉(zhuǎn)化成什么形式的能？

參考答案：

（1）這兩種情況下，重力做功相等；

（2）重力勢(shì)能的變化相等；

（3）動(dòng)能變化不相等；

（4）第一次減小的重力勢(shì)能完全轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，

第二次減小的重力勢(shì)能除了轉(zhuǎn)化為動(dòng)能外，還有一

部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

三、機(jī)械能守恒定律

我們發(fā)現(xiàn)其它力做功會(huì)引起機(jī)械能與內(nèi)能等

其他能量的相互轉(zhuǎn)換，所以機(jī)械能守恒定律是有條

件的。

例1：如圖物體沿光滑曲面滑下的情形。這種

情形下，物體受到哪些力的作用？哪些力做功？

由學(xué)生推導(dǎo)、了解做功條件，

分析：物體沿為下面的推導(dǎo)打

光滑斜面或光下基礎(chǔ)

滑曲面下滑

時(shí)，受重力和

支持力作用，

重力和曲面支持力的作用，因?yàn)橹С至Ψ较蚺c

支持不做功，

運(yùn)動(dòng)方向垂直，支持力不做功，所以，只有重力做

只有重力做功

功。

如圖所示物體在某一時(shí)刻處在高度為h1的位

置A，這時(shí)它的速度是v1。經(jīng)過一段時(shí)間后，物

體下落到高度為h2的另一位置B，這時(shí)它的速度

是v2。用W表示這一過程中重力做的功。

從動(dòng)能定理知道，重力對(duì)物體做的功等于物體

動(dòng)能的增加，即:

在老師的引導(dǎo)得出動(dòng)能和勢(shì)能

下學(xué)生推導(dǎo)之和即總的機(jī)械

另一方面，重力對(duì)物體做的功等于物體重力勢(shì)能保持不變。

能的減少。

即:

從以上兩式可得：

這就是說，重力做了多少功，就有多少重力勢(shì)

能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。

進(jìn)一步整理可得：

等式左邊為物體末狀態(tài)動(dòng)能與勢(shì)能之和，等式

右邊為物體初狀態(tài)動(dòng)能與勢(shì)能之和。

結(jié)論：在只有重力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與重力

勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化時(shí)總的機(jī)械能保持不變。

思考與討論：在上圖中，如果物體從位置B沿

光滑曲面上升到位置A，重力做負(fù)功。這種情況下

上式的關(guān)系是否還成立？

學(xué)生思考討論鍛煉學(xué)生的邏輯

由動(dòng)能定理得：

并推導(dǎo)思維能力，驗(yàn)證

重力做負(fù)功時(shí)動(dòng)

:能和勢(shì)能之和即

另一方面，重力對(duì)物體做的負(fù)功等于物體重力

總的機(jī)械能仍保

勢(shì)能的增加。

持不變

即:

從以上兩式可得：

這就是說，重力做了多少功，就有多少重力勢(shì)

能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。

進(jìn)一步整理可得：

這種情況下上式的關(guān)系仍然成立。

思考討論：如讓學(xué)生進(jìn)一步理

思考討論：如何理解只有重力做功？

何理解只有重解只有重力做功

（1）物體只受重力作用。

力做功？的含義

（2）物體除受重力外還受到其他力的作用，

但其他力不做功，或其他力做功的代數(shù)和為零。

平拋運(yùn)動(dòng)或其它拋體運(yùn)動(dòng)的物體。

只受重力。

沿光滑斜面下滑的物體受重力和支持力但支

持力不做功。

沿粗糙斜面下滑的物體，拉力F大小和摩擦力

f大小相等，拉力F和摩擦力f做功的代數(shù)和為零。

同樣可以證明，在只有彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)

能和彈性勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化時(shí)總的機(jī)械能也保持不變。

1.機(jī)械能守恒定律內(nèi)容

在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和

勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。

2.表達(dá)式

EK1+EP1=EK2+EP2或E1＝E2

3.守恒條件

學(xué)生總結(jié)機(jī)械理解掌握機(jī)械能

物體系統(tǒng)內(nèi)只有重力或彈力做功(其他力不做

能守恒的條件守恒的條件

功)，機(jī)械能守恒。對(duì)于該條件可具體理解如下：

（1）系統(tǒng)不受外力。

（2）系統(tǒng)受外力，但所有外力均不做功。

（3）系統(tǒng)受外力，而且外力做功，但外力做

功的代數(shù)和為零。

如圖所示滑雪者沿斜面下滑時(shí)機(jī)械能守恒

嗎？

滑雪者沿斜面下滑時(shí)，斜面的支持力與運(yùn)動(dòng)方

向垂直，不做功；如果阻力做的功較少，可以忽略，

則只有重力做功。此種情況下，動(dòng)能與重力勢(shì)能可

以互相轉(zhuǎn)化，總的機(jī)械能守恒。

如果阻力做的功較大，不能忽略，則機(jī)械能不

守恒。

【例題】把一個(gè)小球用細(xì)線懸掛起來，就成為

一個(gè)擺如圖所示，擺長(zhǎng)為l，最大偏角為θ。如果

阻力可以忽略，小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)的速度大小是

多少？

分析在阻力可以忽略的情況下，小球擺動(dòng)過

程中受重力和細(xì)線的拉力。細(xì)線的拉力與小球的運(yùn)

動(dòng)方向垂直，不做功，所以這個(gè)過程中只有重力做

引導(dǎo)學(xué)生分析讓學(xué)生體會(huì)機(jī)械

功，機(jī)械能守恒。

總結(jié)此題的解能守恒定律不涉

題要點(diǎn)、步驟。及運(yùn)動(dòng)過程中的

加速度、時(shí)間及

速度方向，用它

處理問題要比牛

頓定律方便。

小球在最高點(diǎn)只有重力勢(shì)能，動(dòng)能為0，計(jì)算

小球在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)重力勢(shì)能的差值，根據(jù)機(jī)械

能守恒定律就能得出它在最低點(diǎn)的動(dòng)能，從而算出

它在最低點(diǎn)的速度。

解：以小球?yàn)檠芯繉?duì)象。設(shè)最低點(diǎn)的重力勢(shì)能

為0，以小球在最高點(diǎn)的狀態(tài)作為初狀態(tài)，以小球

在最低點(diǎn)的狀態(tài)作為末狀態(tài)。

在最高點(diǎn)的動(dòng)能Ek1＝0，重力勢(shì)能是Ep1＝mg

（l－lcosθ）

在最低點(diǎn)的重力勢(shì)能Ep2＝0，而動(dòng)能可以表

示為：

運(yùn)動(dòng)過程中只有重力做功，所以機(jī)械能守恒，

即：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1

把初末狀態(tài)下動(dòng)能、重力勢(shì)能的表達(dá)式代入，

得

＝mg（L－Lcosθ）

由此解出小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)的速度大小：

從得到的表達(dá)式可以看出，初狀態(tài)的θ角越

大，cosθ越小，（1－cosθ）就越大，v也就

越大。也就是說，最初把小球拉得越高，它到達(dá)最

低點(diǎn)時(shí)的速度也就越大。

解題步驟：學(xué)生總結(jié)解題了解利用機(jī)械能

(1)確定研究對(duì)象步驟守恒解題的一般

(2)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行正確的受力分析思路

(3)判定各個(gè)力是否做功，并分析是否符合機(jī)械

能守恒的條件

(4)視解題方便選取零勢(shì)能參考平面，并確定研

究對(duì)象在始、末狀態(tài)時(shí)的機(jī)械能。

(5)根據(jù)機(jī)械能守恒定律列出方程，或再輔之以

其他方程，進(jìn)行求解。

應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問題的優(yōu)點(diǎn)：只需考

慮運(yùn)動(dòng)的初狀態(tài)和末狀態(tài)，不必考慮兩個(gè)狀態(tài)間過

程的細(xì)節(jié)，這樣就簡(jiǎn)化了計(jì)算。

特別提醒！

機(jī)械能守恒的條件絕不是合外力的功等于零，

更不是合外力為零；判斷機(jī)械能是否守恒時(shí)主要看

是否只有重力或彈力做功。

課堂練習(xí)

1.在下列情況中，機(jī)械能守恒的是（）

A．飄落的樹葉學(xué)生練習(xí)鞏固本節(jié)知識(shí)

B．沿著斜面勻速下滑的物體

C．被起重機(jī)勻加速吊起的物體

D．不計(jì)空氣阻力，推出的鉛球在空中運(yùn)動(dòng)的

過程

答案：D

2.關(guān)于機(jī)械能，下列說法中正確的是（）

A．做變速運(yùn)動(dòng)的物體，只要有摩擦力存在，

機(jī)械能一定減少

B．如果物體所受的合外力不為零，則機(jī)械能

一定發(fā)生變化

C．作斜拋運(yùn)動(dòng)的物體，不計(jì)空氣阻力時(shí)，機(jī)

械能是守恒的。因而物體在同一高度,具有相同的

速度

D．在水平面上做變速運(yùn)動(dòng)的物體，它的機(jī)械

能不一定變化

答案：D

3.關(guān)于機(jī)械能守恒定律的適用條件，下列說法

中正確的是()

A.物體所受的合外力為零時(shí)，機(jī)械能守恒

B.物體沿斜面加速下滑過程中，機(jī)械能一定不

守恒

C.系統(tǒng)中只有重力和彈簧彈力做功時(shí)，系統(tǒng)的

機(jī)械能守恒

D.在空中飛行的炮彈爆炸前后機(jī)械能守恒

答案：C

4.如圖所示，某人用平行斜面向下的拉力F將

物體沿固定斜面拉下，拉力大小等于摩擦力，則下

列說法中正確的是（）

A．物體的機(jī)械能不變

B．合外力對(duì)物體做功為零

C．物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)

D．物體的機(jī)械能減小

答案：A

5．在下列運(yùn)動(dòng)過程中，物體機(jī)械能守恒的是

（）

A．核潛艇在海中勻速下潛

B．隕石在大氣層加速下落

C．神舟飛船在橢園軌道上繞地球運(yùn)行

D．動(dòng)車組在平直鐵軌上加速出站

答案：C

拓展提高

1.直升飛機(jī)下掛一質(zhì)量為10Kg的重物，以

v0=10m/s勻