“机械能守恒定律”教学设计及分析4篇

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篇一：“机械能守恒定律”教学设计及分析

能守恒定律教学设计

　 《机械能守恒定律》 教学设计

　 【课题】

　机械能守恒定律

　 【课型】

　新授课

　 【课标解读】

　普通高中物理课程标准要求: 通过实验, 验证机械能守恒定律． 理解机械能守恒定律． 用机械能守恒定律分析有关问题．

　关键词是: 实验、 理解、 分析问题． 关于验证机械能守恒定律的验证过程可以放在下一课时进行． 所以本节课在引入、 实验探究、 理论探究和实际应用等各环节都要充分利用生产和生活中的问题． 为了让学生理解机械能守恒定律， 要充分发挥学生的自主能动性， 让学生自主推导定律， 并总结出机械能守恒定律的条件， 然后进行巩固练习．

　【高考考试说明】

　Ⅱ 级要求

　 【学情分析】

　通过初中的学习学生已经知道什么叫机械能， 机械能的构成因素． 通过前几节内容的学习， 学生在此前已经历了探究守恒量， 重力势能的概念和弹性势能的表达式的学习， 学生知道了 重力做功会引起重力势能的变化， 弹簧的弹力做功将使弹性势能发生变化， 合外力的功将引起物体动能的变化． 学生对于初中阶段学过的一些定性的东西逐渐找到了 定量方面的联系， 对功能关系的认识加深了 ， 也萌发了继续探究的兴趣． 那么， 在动能、 重力势能和弹性势能都参与转化的过程中， 情况又将如何呢？ 这是学生急待解决的问题， 机械能守恒定律的建立也倒了水到渠成的时候了．

　【教材分析】

　《机械能守恒定律》 是人教版高中物理（必修二）

　第七章《机械守恒定律能》 第八节的内容． 本章逻辑结构是：

　“追寻守恒量” 从上位概念是为引入能量概念为目的， 从下位概念是揭示机械能守恒， 基于学生认知发展顺序， 教材采取了不完全归纳的思维体系， 第四节到第七节“重力势能” “探究弹性势能的表达式” “实验：

　探究功与速度的变化关系” “动能和动能定理” 是关于功和能关系的具体讨论． 重力势能的概念和弹性势能的表达式的学习， 学生知道了重力做功会引起重力势能的变化， 弹簧的弹力做功将使弹性势能发生变化， 合外力的功将引起物体动能的变化． 该课节是对前面几节的综合．

　机械能守恒定律一节的内容与本章其他各节的内容有紧密的逻辑关系， 是全章知识链中重要的一环， 机械能守恒定律的探究建立在前面所学知识的基础上， 而机械能守恒定律又是普遍的能量守恒定律的一种特殊情况， 守恒定律在物理学理论和实际应用中都十分重 1要． 教学过程回顾已学知识， 通过几个具体事例， 先明确动能和势能的相互转化关系， 引出对机械能守恒定律及守恒条件的理论探究， 联系重力势能变化跟重力做功以及弹性势能

　变化跟弹力做功的关系的知识， 由定性分析到定量计算， 逐步深入， 最后得出结论， 并通过应用使学生领会定律在解决实际问题时的优越性．

　本节教学内容的重点是通过机械能守恒定律的推导知道机械能守恒定律的内涵， 理解机械能守恒定律的条件， 学会应用机械能守恒定律解决实际问题； 而正确分析物体系统所具有的机械能， 判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒， 以及定律的应用是学生学习中的难点． 在教学设计时， 力图通过生活和生产中的实例， 展示相关情景， 既激发学生的求知欲， 又使学生体会到“物理就在我身边， 身边处处有物理’ ， 体现“从生活中学习物理， 物理应用于生活” 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， 并通过规律的应用巩固知识， 初步运用机械能守恒定律解释物理现象， 体会自然界中的守恒规律和科学中的守恒思想， 体会物理规律对生产和生活实践的作用， 领悟运用机械能守恒定律解决问题的优越性， 形成科学价值观．

　【不同版本比较】

　沪科版：

　必修二第四章《能量守恒与可持续发展》 中的第二节《研究机械能守恒定律》 ， 教材先介绍了 机械能的概念， 通过重锤下落分析论证机械能守恒定律， 然后通过两个方案进行实验验证， 然后应用机械能守恒定律分析生活中的一些问题．

　司南版：

　必修二第二章《能的转化与守恒》 中的第三节《能量守恒定律》 ， 教材先运用实验进行动能和重力势能的转化和守恒关系的探究， 再通过自由落体运动进行理论推导，然后进行应用．

　人教版：

　人教版必修二第七章《机械能守恒定律》 第八节《机械能守恒定律》 ， 教材先通过生活实例分析了 动能和势能的相互转化， 再利用小球沿光滑曲面滑下的过程进行理论推导， 然后解决一些实际问题． 下一节再通过实验验证机械能守恒定律．

　与旧教材相比， 过去是计算物体自由下落时的能量， 从而得知机械能守恒， 进而推广到普遍的机械能守恒定律． 新教材重视理论联系实际， 增加了许多生活中的实例， 先定性地分析若干具体事例， 猜测动能与势能在变化过程中的定量关系， 然后定量计算物体只在重力作用下动能和势能各自的变化情况以及总机械能的不变性， 最后得出机械能守恒的定量关系．

　综上所述， 我认为人教版的安排更合理， 因为在有理论推导的情况下， 无论是探究性实验还是验证性实验， 都很难在一个课时完成目标． 另外在三个版本的教材中， 都对机械能守恒定律的适用条件一带而过， 而这恰是本节的难点， 所以本节课在理论推导的过程中从不同 2 情景来得到规律， 进而得到适用条件， 这对于学生全面理解和应用机械能定都是有利的．

　【教学目标】

　1． 通过对生活中一些常见现象的观察与分析进一步明确机械能的各种形式， 能够利用动能和势能之间的相互转化来分析一些现象产生的原因．

　2． 能够利用动能定理和重力做功与重力势能变化间的关系， 通过自主与合作相结合的方式推导出机械能守恒定律的表达式， 总结出机械能守恒的条件， 并能利用精确的语言表述出机械能守恒定律的内容.

　3． 能够运用机械能守恒定律分析生活中一些常见的物理现象， 并能将其转化为简单的物理模型， 领悟运用机械能守恒定律解决问题的优越性．

　4． 通过理论推导和对生活中一些物理现象的分析, 进一步体会功是能量转化的量度， 能够从机械能有没有和其它形式的能发生相互转化的角度进一步理解机械能守恒．

　【教学重点、 难点】

　1． 通过物理现象的分析和机械能守恒定律的推导过程， 能理解机械能守恒定律的内容和守恒的条件．

　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一些简单的实际问题．

　【评价目标】

　1． 通过课堂引入的视频、 演示实验等完成教学目标 1；

　2． 通过实验推导和理论推导的过程完成教学目标 2；

　3． 通过实际应用、 目标 3 评价和课后作业等完成教学目标 3；

　4． 通过单摆的演示实验， 理论推导的过程， 实际应用、 课堂引入、 目标 4 评价等完成教学目标 4．

　【教学方法】

　自主思考、 合作探究、 即时评价．

　【教学过程】

　【创设情境， 导入新课】

　【目标 1】

　通过对生活中一些常见现象的观察与分析进一步明确机械能的各种形式， 能够利用动能和势能之间的相互转化来分析一些现象产生的原因．

　播放世界上最美的瀑布、 全球最陡的过山车运动、 何雯娜 2008 年奥运会蹦床决赛等视频, 把学生引入相关情景并激发学生的兴趣． 上述视频中， 能量分别是怎样转化的？

　【温故知新】

　1． 动能定理的内容和表达式是什么？

　3

　 2． 重力所做的功与物体重力势能有什么关系？

　3． 弹簧的弹力做的功与弹簧弹性势能有什么关系？

　4． 在能量转化的过程中， 功扮演着怎样的角色？

　动能、 重力势能、 弹性势能之间可以相互转化， 具有密切的联系， 我们把它统称为机械能． 动能和势能的转化是否存在某种定量关系？ 请看下面的实验．

　【实验探究】

　如图所示的装置， 悬挂摆球的铁架台上固定一只水平放置的横杆， 实

　 验时:调整横杆的高度使小球从不同位置摆动， 观察小球摆动的情

　 况． 用一把直尺在 P 点挡住悬线， 看看这种情况下小球所能达到的最

　 大高度． 分析：

　（1）

　分析小球在摆动过程中受力情况， 各力做功情况．

　（2）

　在小球的摆动过程中能量如何转化？

　教师总结：

　实验中小球在摆动过程中通过重力做功， 势能与动能互相

　 转换．

　小球下降时：

　重力做正功， 重力势能减少， 动能增加；

　小球上升时：

　重力做负功， 重力势能增加， 动能减少．

　【设问】

　小球摆动过程中总能回到原来高度， 好像“记得” 自己原来的高度， 说明什么?

　 说明在摆动过程中有一个物理量是保持不变的， 是什么呢？ 重力势能与动能的总和保持不变， 也就是机械能保持不变． 要想实现这一不变， 前提条件是什么？

　下面我们从理论上研究一下， 生活中很多的物理情景在忽略一些次要因素的时候， 都可以简化为我们熟悉的物理模型． 比如下落的物体在忽略空气阻力时可以简化成自由落体运动， 高空滑雪运动员在飞翔时可以简化成平抛运动， 滑雪运动员在倾斜的赛道上比赛时可以简化成沿光滑斜面的运动， 极限运动员在 U 型赛道上比赛时可以简化成沿光滑曲面下滑的运动， 还有在弹簧的作用下小球的运动也可以简化成如下运动． 下面请大家根据学案中提供的物理情景以及简化的模型， 完成学案表格中的问题．

　【理论探究】

　【目标 2】

　能够利用动能定理和重力做功与重力势能变化间的关系， 通过自主与合作相结合的方式推导出机械能守恒定律的表达式， 总结出机械能守恒的条件， 并能利用精确的语言表述出机械能守恒定律的内容.

　1． 创设情景， 任意选两个位置， 让学生分析受力和运动情况， 机械能及相互转化情况,然后完成学案中的表格， 请把过程写在表格中．

　 4

　 （全班分成 5 个大组， 每个小组完成一个情景）

　 情景 1. 一个自由下落的物体， 由 A 位置运动到 B 位置, 可以得到以下能量关系:

　 情景 2.

　滑雪运动员腾空飞跃建立模型：

　一个做平抛运动的物体， 由 A 位置运动到 B 位置, 可以得到以下能量关系:

　情景 3.

　滑雪运动员在倾斜赛道上的运动建立模型：

　一个沿光滑斜面下滑的物体， 由 A位置运动到 B 位置, 可以得到以下能量关系:

　情景

　 4.

　U 型

　5

　赛道上运动员的运动建立模型：

　一个沿光滑曲面下滑的物体， 由 A 位置运动到 B 位置,可以得到以下能量关系:

　 情景 5. 在光滑的杆上运动的物体， 由 A 位置运动到 B 位置,

　可以得到以下能量关系:

　 2． 根据学案表格， 引导学生研究合外力做功与动能变化之间的关系

　 C

　1122

　 mv2　mv1， 根据重力做功跟重力势 22

　 1122

　 　mgh 能的关系， WG　mgh， 所以 mgh　mgh　mv　mv1， 移项后得到 12122

　 22

　 对于情景 1、 2， 物体由于只受重力， 所以 WG　

　 1122

　mv2　mgh2　mv1　mgh122（1）

　， 由此得到 A、 B 两处机械能相等．

　对于情景 3、 4， 虽然物体受到重力和弹力两个力， 但由于弹力不做功， 所以得到跟情景1、 2 相同的结论．

　对于情景 5， 物体虽然受到重力、 支持力和弹簧施加的弹力， 但只有弹簧的弹力做功，所以得到跟前面相同的结论．

　【实验验证情景 5】

　请大家观察气垫导轨上小球的运动过程， 小球好像 “记得” 自己每次的初始位置．

　3． 引导学生得出机械能守恒的条件 只有重力或弹力做功的物体系统

　 【目标 2 评价】

　在下列的物理过程中， 小球的机械能守恒的有（均不计空气阻力）

　.

　A． 小球在水中匀速下落

　6

　 B． 沿水平方向抛出一颗小球

　 C． 用细绳拴着一个小球， 使小球在竖直面内做圆周运动

　 D． 在光滑水平面上运动的小球碰到一个弹簧， 把弹簧压缩后， 又被弹回来

　 【目标 4 评价】

　通过理论推导和对生活中一些物理现象的分析, 进一步体会功是能量转化的量度， 能够从机械能有没有和其它形式的能发生相互转化的角度进一步理解机械能守恒．

　伽利略在他的理想实验中认为, 在没有摩

　 擦阻力的情况下, 小球从斜面的一定高度滚下,

　必然在一个对接的斜面上冲到同样地高度, 且

　 不因这个斜面的倾角变化而变化, 如图所示,

　你能用功能转化以及守恒的观点来解释伽利

　 略的想法吗?

　 4． 学生总结概括

　 在只有重力做功或弹力做功的物体系统内, 动能与势能发生相互转化, 而总的机械能保持不变． （板书：

　机械能守恒定律的内容、 表达式、 使用条件． ）

　（1）

　内容：

　在只有重力或(弹簧) 弹力做功的物体系统内， 动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变．

　（2）

　表达式：

　EK1＋EP1＝Ek2＋EP2

　 E1=E2

　 （3）

　适用条件：

　只有重力做功或弹力做功的物体系统.

　【实际应用】

　（板书）

　【目标３ 评价】

　能够运用机械能守恒定律分析生活中一些常见的物理现象， 并能将其转化为简单的物理模型， 领悟运用机械能守恒定律解决问题的优越性．

　分析荡秋千运动， 思考下列问题:

　 （1）

　如果人坐在秋千板上不动， 秋千摆动的幅度越来越小， 秋千和人组成的系统机械能守恒吗?为什么?如果不守恒， 机械能转化为什么形式的能量了 ？ 机械能守恒的实质是什么？

　（2）

　人坐在秋千板上不动而自由摆动的过程中， 如果阻力可以忽略， 秋千和人组成的系统机械能守恒吗? 为什么?动能的变化量的绝对值与重力势能的变化量的绝对值有什么关系？ 若把人看成质点， 我们可以把这个情景简化成怎样的物理模型？

　 7

　 （3）

　在（2）

　中所描述的情景中， 设秋千的绳长为 l， 最大偏角为 θ ， 人运动到最低位置时的速度是多大， 请根据机械能守恒定律， 尝试计算一下．

　学生总结：

　应用机械能守恒定律， 只需要考虑运动的初状态和末状态， 不必考虑两个状态间过程的细节．

　（4）

　请总结一下应用机械能守恒定律解决问题的基本步骤. （板书）

　①明确研究对象

　 ②对研究对象做受力分析， 判断机械能是否守恒.

　③选定参考平面， 确定物...

篇二：“机械能守恒定律”教学设计及分析

验：验证机械能守恒定律》的设计说明 课程标准要求学生通过实验，验证机械能守恒定律。实验的结论已知，但实验的途径、方法和过程并没有告诉学生，这样验证机械能守恒定律的过程也就具有探究的性质。

　机械能守恒定律是力学中的一个重要规律。本节将由学生独立设计验证这个规律的实验方案，并按照自己的实验方案进行实际操作、观察、测量、记录和处理实验数据。在实验的过程中，学生可能会遇到许多预料不到的问题。如学生设计的实验放案理论上可行，但实验误差较大，或实验条件不具备，这时学生需要修改自己设计的实验方案。经过这样的过程，你所获得的不仅仅是验证了一条规律，而是像科学家那样经历了一次科学探究的过程，会体验到发现、创造和成功的乐趣。

　一、实验要求 ：

　1、设计一种或几种能验证机械能守恒定律的实验方案。

　2、选择一种你认为可行的实验方案，进行实际操作。

　3、写出实验研究报告。实验研究报告的内容一般应包括实验日期、实验目的、实验器材和装置、实验原理和方法、实验过程和步骤、现象与数据、数据分析与处理、结论与问题讨论等。。

　二、实验 方法 指导

　1、生活中，动能与势能相互转化的现象是非常多的，因此，验证机械能守恒定律的途径和方法不止一种，不管你采用什么途径和方法进行实验，都必须考虑你的实验条件。

　2、实验器材：刻度尺、电火花计时器、纸带、铁架台、钩码、夹子、 3、在设计实验方案时，学生需要正确理解机械能守恒定律内容，特别注意机械能守恒定律成立的条件，在此基础上，综合运用所学的知识，确定自己的方法，形成一个初步的实验方案。最初的实验方案往往不很完善，当和同学的方案进行交流或动手去做的时候，可能会发现实验方案中的问题，然后再想方设法进行改进，最后形成一个可行的方案。

　三、 学生分组 汇报与交流

　1、是否验证了机械能守恒定律？怎样验证的？ 2、在实验中进行了哪些观察和测量，有那些因素影响了观察或测量的结果？实际上做了哪些工作来保证观察或测量结果的准确性？ 3、在实验中遇到了哪些困难？发现了哪些问题？又是如何克服和解决的？ 4、如果再做一次同样的研究，需要在哪些方面进行改进？ 5、通过完成这项研究，有什么收获？

　 §7.9 实验：验证机械能守恒定律教学设计

　（2 课时）

　教

　学

　目

　标

　【 知识与技能】

　1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度． 2．掌握验证机械能守恒定律的实验原理． 【 过程与方法】

　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． 【 情感、态度与价值观】

　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 重点】

　掌握验证机械能守恒定律的实验原理 ． 【 教学难点】

　 验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法． 【 教学方法】

　探究与实验、交流与讨论、

　【 教学手段教具准备】

　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．多媒体课件。

　教

　学

　活

　动 : [ 新课导入] 师：上一节课我们学习了机械能守恒定律，我们首先采复习一下什么叫做机械能守恒定律? 生：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变．这叫做机械能守恒定律． 师：机械能守恒的条件是什么? 生：只有重力和弹力做功． 师：自由落体运动中机械能是不是守恒? 生：自由落体运动中物体只受到重力的作用，这个过程只有重力做功，所以机械能是守恒的． 师：我们要想推导出机械能守恒定律在自由落体中的具体表达式，可以根据什么来进行推导呢? 生 1：可以通过牛顿运动定律进行推导． 生 2：可以根据动能定理进行推导．

　(投影展示与一个自由落体运动相关的题目，从题目中知道有关的物理量，让学生分别根据牛顿运动定律和动能定理推导机械能守恒定律，再一次熟悉这个定律，并为本节课的教学打下基础) [ 新课教学] 1、推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式。

　在图 1 中，质量为 m 的物体从 O 点自由下落，以地作零重力势能面，下落过程中任意两点 A 和 B 的机械能分别为：

　E A =________ ，

　E B =________

　如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有 E A =E B ，即 221Amv +mgh A =221Bmv +mgh B 上式亦可写成221Bmv —221Amv =mgh A —mgh B

　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。等式说明，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（如图 1 中 A 点）来进行研究，这时应有：

　----本实验要验证的表达式，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。

　师：在做实验之前，我们首先要明确这样几个问题，首先这个实验需要什么器材? 生：最容易想到的器材是重物、电火花计时器以及纸带．交流电源及两根导线，铁架台和铁夹，刻度尺。

　师：打点计时器的作用是什么? 生：记录在纸带上打的点，用这些点来求出物体在经过某一点的速度． 师：重物选取的原则是什么?为什么? 生：密度比较大，质量相对比较大，可以减小因为空气阻力带来的误差． 师：实验中还有哪些应该注意的地方? 生：电火花计时器要稳定在铁架台上，电火花计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，铁架台放在桌边，电火花计时器距地面的距离大约是 1 m． 师：这样做的目的是什么? 生：电火花计时器平面与纸带限位孔在竖直方向上的目的是减小摩擦以减小实验误差的产生，铁架台放在桌边有利于重物下落到地面

　上，电火花计时器距地面的距离较大的目的是能够有充足的时间使重物下落，以便在纸带上能够打出较多的点，有利于进行计算． 师：实验中的误差主要来源于哪里? 生：重物和纸带下落过程中要克服阻力，主要是纸带和电火花计时器之间的摩擦力，计时器平面不在竖直方向上；纸带与电火花计时器不平行：交流电的频率不等于 50 Hz 测量数据时的误差等等． 师：过程开始和终结位置是怎样选择的? 生：实验用的纸带一般小于 1 m，从起始点开始大约能打出 20个左右的计数点，终结位置的点可以选择倒数第一个点或者倒数第二个点，从这一个点向前数 4～6 个点当开始的点． 师：这样选取的目的是什么? 生：这样选取的目的是可以减小这两个点瞬时速度和两点之间的距离(高度 h)测量的误差． 师：在数据处理时，是不是必须从打的第一个点开始呢? 生：课文中有这样的句子“纸带上某两点的距离等于重物下落的高度，这样就能得到重物下落过程中势能的变化”．在第四节我们已经学习了重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为参考点，势能的大小不必从起始点开始计算． 师：在实验中是不是要先进行测量重物的质量呢? 生：不需要测量重物的质量，因为这个物理量在式子两边可以约掉． 师：实验中重物经过某一点的速度是怎样得到的呢? (投影展示学生的推导过程，这个结论非常重要，一定要让学生能够自己推导，推导方法越多越好。) 2、如何求出 B 点的瞬时速度 v B ? 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 B 点的瞬时速度 v B 。

　图 2 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=2×0.02 s（纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都是 0.02s），可求出各段的平均速度。这些平均速度就等于 图 2 0 1 2 3 4 ssshhhh

　1，2，3，……各点相对应的瞬时速度 v 1 ，v 2 ，v 3 ，…….例如：量出0～2 点间距离 s 1 ，则在这段时间里的平均速度 ，这就是点 1 处的瞬时速度 v 1 。依次类推可求出点 2，3，……处的瞬时速度 v 2 ，v 3 ，……。

　3、如何确定重物下落的高度？ 图 2 中 h 1 ，h 2 ，h 3 ，……分别为纸带从 O 点下落的高度。根据以上数值可以计算出任意点的重力势能和动能，从而验证机械能守恒定律。

　学生活动：学生看书明确实验的各项任务及实验仪器。复习《用打点计时器测速度》的实验，掌握用打点计时器测量匀变速直线运动速度的方法。

　4、描绘图像 师：可以结合 v-t 图象了解瞬时速度和时间中点的平均速度相等的物理意义． 师：在处理纸带时，是不是要像我们以前做的那样，每隔五个点取一个计数点，也就是说每 0.1 s 为一个时间间隔呢? 生：如果时间间隔是 0.1s，由于自由落体加速度较大，很容易出现纸带上点数不够用的情况，所以时间间隔不能太长． 师：下面我们准备进行实验，在进行实验之前还应该做几件事情!首先是确定实验的步骤，大家分组讨论一下，然后得出一个比较合理的实验步骤．(学生讨论实验的步骤，教师巡回指导，帮助能力较差的学生完成实验步骤)(参考实验步骤)

　 （1）．把打点计时器安装在铁架台上，用导线将学生电源和打点计时器接好．

　 （2）．把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近．

　（3）．接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器应该在纸带上打出一系列的点．

　（4）．重复上一步的过程，打三到五条纸带．

　（5）．选择一条点迹清晰且第 l、2 点间距离接近 2 mm 的纸带，在起始点标上 0，以后各点依次为 1、2、3……用刻度尺测量对应下落的高度 h1、h2、h3，……记人表格中．

　 （6）．用公式 v n =｛h （ n+1 ）

　+h （ n-1 ）

　｝/2t，计算出各点的瞬时速度 v 1 、v 2 、v 3 ……并记录在表格中．

　（7）．计算各点的重力势能的减少量 mgh n 。和动能的增加量221nmv ，并进行比较．看是否相等，将数值填人表格内． 计数点 1 2 3 4 5 6

　师：在其中的几步中，提到了要把数据填人表格，那么我们应该设计一个什么样的表格来适应于实验呢?(学生思考表格的设计方法，独立完成表格的设计)(参考表格)

　教师活动：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、二两点间距离接近两年 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。

　课

　后

　作

　业

　1、完成实验报告。

　 2、完成如下思考题：

　下落高度(m)

　 速度(m/s)

　 势能(J)

　 动能(J)

　 结论

　（1）为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有：______________________；缺少的器材是__________________。

　（2）在验证机械能守恒定律时，如果以221v 为纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据绘出的图线应是________，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于______________的数值。

　（3）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图 3 所示，其中 A 点为打下的第一个点，0、1、2„„为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分别为 s 1 、s 2 、s 3 、s 4 、s 5 、s 6 ，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为 T。根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为_________。在打第 5 号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为________。要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第_________号和第__________号计数点之间的过程为研究对象。

　（4）某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用 6V、50Hz 的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图 4 所示，O 点为重锤下落的起点，选取的计数点为 A、B、C、D，各计数点到 O 点的长度已在图

　上标出，单位为毫米，重力加速度取 9.8m/s 2 ，若重锤质量为 1kg。

　①打点计时器打出 B 点时，重锤下落的速度 v B =___________m/s，重锤的动能 E kB =_________J。

　②从开始下落算起，打点计时器打 B 点时，重锤的重力势能减小量为 △E P =__J。

　③根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出 B 点的过程中，得到的结论是________________________。

　［参考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺。（2）通过原点的直线、g.

　（3）（s 6 + s 5 + s 4 - s 3 - s 2

　–s 1 ）/9T 2 ，（s 5 + s 6 ）/2T，1、5.

　（4）①1.175，0.69，0.69 ②0.69， ③机械能守恒。］

　板 板

　书

　设

　计 计

　 7.9 实验：验证机械能守恒定律 一、实验方法：验证用自由落体运动中机械能守恒 二、要注意的问题：实...

篇三：“机械能守恒定律”教学设计及分析

械 能 守 恒 定 律 使用教材：

　高级中学课本《物理》 第三册（选修）， 人民教育出版社 教学目标：

　１ 、 学习机械能守恒定律及掌握应用机械能守恒定律分析、 解决问题的基本方法。

　２ 、 学习从功和能的角度分析、 处理问题的方法， 提高运用知识综合分析、 解决问题的能力。

　教学重点：

　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。

　教学难点：

　１ 、 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。

　２ 、 正确选用机械能守恒定律解决问题。

　同时让学生认识到从功和能的角度分析、 解决问题是物 理学的重要方法之一。

　教

　具：

　演示物体在运动中动能与势能相互转化用器材：

　单摆、 弹簧振子及多媒体电脑课件。

　 教

　学

　过

　程

　说

　明

　教学激发：

　观看实验：

　依次演示单摆和弹簧振子， 提醒学生注意观察物 体运动中动能、 势能的变化情况。

　 小结：

　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， 物体的势能增大。

　复习提问：

　上述运动过程中， 物体的机械能是否变化呢？ （见演示课件）

　一、 新课教学：

　在观察演示实验的基础上， 我们从理论上分析物体动能与势能相互转化的情况。

　先考虑只有重力对物体做功的理想情况。

　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。

　分析：

　根据动能定理， 有：

　 21222121mvmvWG 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

　1212222121mghmvmghmv 小结：

　下落过程中， 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。

　问题：

　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。

　明确：

　可以证明， 在只有重力做功的情况下， 物体动能和势能可以相互 转化， 而机械能总量保持不变。

　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， 并作小结。

　引 导学生思考分析并推导(让学生独立推导此定律， 突出学生的主体地位， 不仅能提高学生的推理能力， 而且也能使学生体会到成功的乐趣)

　 引导学生分析式子所反映的物理意义， 并小结

　 问题：

　在只有弹簧弹力做功时，物体的机械能是否变化呢？

　２ 、 弹簧和物体组成的系统的机械能 以弹簧振子为例， 简要分析系统势能与动能的转化。

　明 确：

　进一步定量研究可以证明， 在只有弹簧弹力做功条件下，物体的 动能与势能可以 相互转化， 物体的机械能总量不变。

　综上所述， 可以得到如下结论：

　３ 、 机械能守恒定律（两种表述方法）：

　①在只有重力和弹力（弹簧）

　做功的情况下， 物体的动能和势能发生相互转化， 但机械能总量保持不变。

　这个结论叫做机械能守恒定律。

　②如果没有摩擦和介质阻力， 物体只发生动能和重力势能的相互转化时， 机械能的总量保持不变。

　４ 、 机械能守恒定律的应用：

　解题步骤：

　①明确研究对象和它的运动过程。

　②分析研究对象的受力情况， 判断机械能是否守恒。

　③确定对象运动的起始和终了状态， 选定零势能参考平面，

　确定物体在始、 末两状态的机械能 ④选定一种表达式， 统一单位， 列式求解。

　机械能守恒定律的研究对象一定是系统， 至少包括地球在内。

　通常我们说“小球的机械能守恒” 就包括地球在内， 因为重力势能就是小球和地球共有的， 另外小球的动能中用到的 v， 也是相对于地面的速度。

　当研究对象只有一个物体时（地球自然包括在内）， 往往用是否“只有重力做功” 来判定机械能是否守恒； 当研究对象有多个物体在内时，往往用是否“没有摩擦和介质阻力” 来判定机械能是否守恒。

　各种不同的表达式：

　①222121vmhmgmvmgh； 既kpkpEEEE；

　②0kPEE；

　021EE；

　减增EE。

　用①时， 需要规定重力势能的参考平面； 用②时则不必规定重力势能的参考平面， 因为重力势能的改变量与参考平面的选取没有关系。

　尤其是用Δ Ｅ 增＝Δ Ｅ 减， 只要把增加的机械能和减少的机械能都写出来，方程自然就列出来了。

　例１ 、 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）

　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？

　 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

　未讲振动， 不必给出弹簧振子名称， 只需讲清系统特点即可。

　 学习机械能守恒定律， 要能应用它分析、 解决问题。

　下面我们通过具体问题的分析来学习机械能守恒定律的应用。

　在具体问题分析过程中， 一方面要学习应用机械能守恒定律解决问题的方法， 另一方面通过问题分析加深对机械能守恒定律的理解与认识。

　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。

　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。

　例２ 、 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。

　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？

　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。（见实物实验及演示课件）

　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)2(2122RmgmvE。

　根据机械能守恒定律 E1=E2， 有)2(212Rmgmvmgh

　 小球能够通过离心轨道最高点， 应满足Rvmmg2

　 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。

　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。

　例３ 、 如图所示， Ａ、 Ｂ 两木块质量分别为 m 和 2m， 用一轻质弹簧连在一起， 放在光滑的水平面上， 用一外力Ｆ 把两木块压在墙上， 请定性分析：

　（见演示课件）

　１ 、 撤去外力Ｆ 后， Ｂ 木块的最大速度？

　２ 、 撤去外力Ｆ 后， Ａ木块的最大速度？

　３ 、 撤去外力Ｆ 后， 系统质心的运行情况及速度？

　引导学生思考分析。

　 引导学生归纳分析的结果。

　让学生自己推导计算

　二、 巩固练习：

　１ 、 下列过程中， 机械能守恒的是：

　（ABD）

　A、 物体做自由落体运动；

　B、 用轻绳系一小球， 给小球一初速度， 使小球以另一端为圆心，在竖直面内做圆周运动， 小球在做圆周运动的过程中；

　C、 自由下落的炸弹在空中爆炸；

　D、 物体以一定的初速度冲上光滑的斜面（以上均不计空气阻力）。

　２ 、 将质量相同的三个小球 A、 B、 C 在地面上方同一高度以相同的初速率抛出， A 球竖直上抛， B 球竖直下抛， C 球水平抛出， 不计空气阻力， 三个小球刚落在同一地面上， 则下列说法正确的是：

　（ADC）

　A、 重力对三个小球做的功相同；

　B、 三个小球落地速度相同；

　C、 三个小球落地时动能相同；

　 D、 三个小球的机械能相同。

　３ 、 体积相同的木块和铁块， 它们的重心在同一水平面 O 上。

　关于它们的重力势能的下列说法中， 正确的是（BCD）

　A、 不管参考平面怎样选取， 铁块的重力势能一定比木块大

　 B、 若参考平面选取在 O 之上， 铁块的重力势能比木块重力势能小

　 C、 若参考平面选取在 O 之下， 铁块的重力势能比木块重力势能大

　 D、 重力势能的正、 负与参考平面的选择有关 ４ 、 如图 10 所示， 长度为 l 的轻弹簧和长度为 L (L>l)的轻绳， 一端分别固在同一高度的 O 点和 O"点， 另一端各系一个质量为 m 的小球A、 B。

　把它们拉成水平状态， 如图10（甲）

　和（乙）， 这时弹簧未伸长。由静止释放， 到最低点， 弹簧的长度也等于 L（在弹性限度内）， 这时 A、B 两球在最低点的速度分别为 vA和vB和， 则：

　（ ）

　A、 vA>vB；

　B、 vA<vB；

　C、 vA=vB；

　D、 无法判定。

　三、 课堂小结：

　１ 、 在只有重力做功的过程中， 物体的机械能总量不变。

　通过例题分析要加深对机械能守恒定律的理解。

　２ 、 应用机械能守恒定律解决问题时， 应首先分析物体运动过程中是否满足机械能守恒条件， 其次要正确选择所研究的物理过程， 正确写出初、 末状态物体的机械能表达式。

　３ 、 从功和能的角度分析、 解决问题， 是物理学研究的重要方法和途径。

　通过本节内容的学习， 逐步培养用功和能的观点分析解决物理问题的能力。

　４ 、 应用功和能的观点分析处理的问题往往具有一定的综合性， 例如与圆周运动或动量知识相结合， 要注意将所学知识融汇贯通， 综合应用， 提高综合运用知识解决问题的能力。

　 由提问学生回答， 其它同学讨论补充。

　培养学生积极参与的意识和合作精神。

　 提示：

　若取水平面 O 为参考平面， 则木块和铁块的重力势能相等， 均为零， 可见选项 A 是错误的。

　当参考平面选在 O 之上，根据 EF=mgh 可知， 木块与铁块的重力势能为负值； 由 m=ρv 可知铁块的质量大于木块的质量，所以铁块的重力势能小于木块。同理， 当参考平面选在 O 之下，铁块的重力势能大于木块。

　综上所述， 重力势能与参考平面的选择有关。

　因此选项 B、 C、 D 正确。

　 提示：

　A 球减少的重力势能一部分转化为弹簧性势能

　通过以上例题和练习， 引导学生总结应用机械能守恒定律解决问题的基本方法。

　归纳学生的分析， 作课堂小结。

　势能是相互作用的物体系统所共有的， 同样， 机械能也应是物体系统所共有的。

　在中学物理教学中， 不必过份强调这点， 平时我们所说物体的机械能， 可以理解为是对物体系统所具有的机械能的一种简便而通俗的说法。

　 四、 教学反思：

　①教学过程设计积极贯彻“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。

　②深化理解机械能守恒定律。

　从守恒的数学表达式的转换， 使学生对机械能守恒定律有了多角度的理解， 突出重点。

　对守恒条件能够着眼于整体， 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。

　③注重培养学生的推理能力和科学思维方法。

　通过学生自己的探索、 研究， 体现出直觉思维与理论思维的结合， 并利用归纳的方法， 同时引申到只有弹力做功时， 得到机械能守恒定律。

　体现了再现思维与创造思维的结合。

　④教学过程中充分利用现代教育技术， 发展了学生的兴趣， 有效突破了教学难点。

　使学生较好地建立起正确的物理图景， 较顺利的从形象思维过渡到抽象思维。

篇四：“机械能守恒定律”教学设计及分析

守恒定律 一、教材分析 学科: 物理

　 教材版本:《高中物理教案》(北京师大版)二年级(必修加选修) 课程名称:《动量守恒定律》 教材的内容、地位与作用 动量守恒定律是自然界普遍适应的基本规律之一，它比牛顿定律发现的早，应用比牛顿定律更为广泛，如可以适用于牛顿定律不能够解决的接近光速的运动问题和微观粒子的相互作用；即使在牛顿定律的应用范围内的某些问题，如碰撞、反冲及天体物理中的“三体问题”等，动量守恒定律也更能够体现它简单、方便的优点。动量守恒定律作为《高中物理教案》(北师大)的重要内容来学习，可以加深学生对物理基本体系的了解，掌握研究问题的方法，提高解决问题的能力。

　教学重点、难点 学习本节的主要目的是为了掌握动量守恒定律这一应用广泛的自然规律，要达到这目的，就必须让每个学生正确理解其成立的条件和特点，因此，确定本节的教学重点和难点为：

　重点：动量守恒定律的推导及其守恒条件的判定。

　难点: 应用动量守恒定律解决问题。

　二、学习者分析 1. 学生的年龄特点和认知特点：

　考虑学生的实际能力和水平,高二的学生已经具备了观察、测试、实验的能力和条件,可以不必拘泥于形象的课本教材,所以本课程可以通过观察实验等形式来进行教学,能够有效地培养学生建立科学探究的意识和能力。

　2. 在学习本课之前应具备的基本知识和技能：

　通过第一节的学习,对于动量守恒的内容已经有了深入的理解,对于生活中出现的实际问题能够运用规律、知识进行很好的运用和解释。

　三、教学目标 (一)知识与技能

　1．知道动量守恒定律的内容，掌握动量守恒定律成立的条件，并在具体问题中判断动量是否守恒。

　2．学会沿同一直线相互作用的两个物体的动量守恒定律的推导。

　3．知道动量守恒定律是自然界普遍适用的基本规律之一。

　(二) 过程与方法 1、体会守恒定律的理论推导过程及对其进行进一步的理解 2、渗透物理学公式演算研究过程的方法 (三)情感、态度与价值观 1、通过学习动量守恒定律，使学生能够注重观察、总结能力的培养,建立严谨推导、认真论证的方法 2、培养学生将物理知识应用于生活实际的意识 四、分析设计教学策略（教法与学法分析）

　课堂开始,教师通过复习旧课以引入新课的方式，使学生回顾知识，巩固所学知识;之后,通过观察演示实验引起学生思考,最后通过与实际生活背景相关的例题，让学生进一步理解本节课的意义。

　学生能够认真细心观察实验现象,自己总结实验结果并能够导出结论,进一步加强自己对动量守恒定律内容及内涵的理解. 五、教学媒体的选择 多媒体课件：PPT、FLASH 动画、影片的插入 六、教学过程设计 以流程图的形式展示(见下页)

　教学流程图:

　 (接下页)

　开始 多媒体呈现教学目标 组织上课 学生观看了解 知识回顾 学生复习旧课 呈现已学知识 设疑导入新课 提出问题 用 FLASH 展示实验过程(开始授课) 学生观察分析 描述实验现象 探索实验结论 对学生的回答给予评价总结 展示实验现象与结论 不明白、不清楚 讲析相关基本概念 给予适当的解答 视频教材演示动量守恒定律的理论推导过程 观看演算获得完整的知识 列出推导过程 对定律的进一步理解 定律表达式 定律适用条件 定律适用范围 典型例题 师生共同讨论 巩固练习 学生运用所学解决问题 做题错误率高 提问 利用视频教材举例解释

　(接上页)

　 七、教学反思 由于本节内容中，守恒的观点无论是动量守恒定律还是其他的定律,对高二学生来说都有些难以理解和接受，所以本节课采取实验探索、并进行实验验证的方法，继而通过动量定理进行推导，让学生通过观察、总结实验来加深感性认识，尤其是对守恒条件的分析，学生的理解和接受需要一定的时间和过程，所以本节课不过多强调利用动量守恒解题，而只是进行简单的分析判断即可,对于如何利用动量守恒分析和处理问题是下节习题课的重点。

　课堂小结 概括总结本节课要点 交流学习心得 课后作业 宣布下课 学生课后认真完成作业

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