1 教材分析 物理課程是工科各專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在掌握基本物理規(guī)律的基礎(chǔ)上，熟悉物理知識(shí)在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，了解物理知識(shí)在后續(xù)專業(yè)課程的作用。在蘇州大學(xué)出版社出版的五年制高等職業(yè)《物理》（第一冊(cè)）中，第5章第五節(jié)“機(jī)械能守恒定律”的探究建立在前面所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，而機(jī)械能守恒定律又是普遍的能量守恒定律的一種特殊情況。教材通過(guò)多個(gè)具體實(shí)例，說(shuō)明勢(shì)能和動(dòng)能，先猜測(cè)動(dòng)能和勢(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(guò)應(yīng)用使學(xué)生領(lǐng)會(huì)定律在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)的優(yōu)越性。
2 學(xué)生分析
學(xué)生在初中已經(jīng)了解動(dòng)能和勢(shì)能的概念，動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。通過(guò)本章前面幾節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生加深對(duì)動(dòng)能和勢(shì)能的概念理解，知道重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系，并會(huì)運(yùn)用動(dòng)能定理解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題。但中職學(xué)生物理水平普遍不高，學(xué)習(xí)物理的能力不強(qiáng)，本設(shè)計(jì)力圖通過(guò)生活實(shí)例和物理實(shí)驗(yàn)，展示相關(guān)情景，激發(fā)學(xué)生的求知欲，引出對(duì)機(jī)械能守恒定律的探究，體現(xiàn)從“生活走向物理”的理念，通過(guò)建立物理模型，由淺入深進(jìn)行探究，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)科學(xué)的研究方法，并通過(guò)規(guī)律應(yīng)用鞏固知識(shí)，體會(huì)物理規(guī)律對(duì)生活實(shí)踐的作用。
3 教學(xué)目標(biāo)
3.1 知識(shí)與技能
1）通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生知道物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。2）通過(guò)對(duì)物體做自由落體的例子分析、推導(dǎo)，得出物體做自由落體的機(jī)械能守恒；并理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容，知道它的含義和適用條件。3）在具體問(wèn)題中，能判定機(jī)械能是否守恒，并能列出機(jī)械能守恒的方程式。
3.2 過(guò)程與方法
1）通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)過(guò)程，學(xué)會(huì)研究物理的科學(xué)方法。2）通過(guò)對(duì)機(jī)械能守恒定律的理解，學(xué)會(huì)在具體的問(wèn)題中判定物體的機(jī)械能是否守恒；學(xué)會(huì)運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化和守恒來(lái)解釋物理現(xiàn)象及分析問(wèn)題的方法。
3.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀
1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)及物理現(xiàn)象增加學(xué)生對(duì)物理知識(shí)規(guī)律的求知熱情；2）通過(guò)能量守恒的教學(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(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。
4 教學(xué)重點(diǎn)
1）掌握機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)、建立過(guò)程，理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容；2）在具體的問(wèn)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。
5 教學(xué)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(guò)程中機(jī)械能是否守恒，能尺粗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。
6 教學(xué)方法
演繹推導(dǎo)法、分析歸納法、討論法。
7 教具
滾擺（或溜溜球）、鐵球、圓形軌道（過(guò)山車模型）、細(xì)線、鋼球、投影片、彈簧振子。
8 教學(xué)過(guò)程
8.1 復(fù)習(xí)提問(wèn)，導(dǎo)入新課
1）教師提問(wèn)。本章我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了哪幾種形式的能？動(dòng)能定理的內(nèi)容和表達(dá)式是什么？物體重力做的功與重力勢(shì)能的變化之間有什么關(guān)系？
2）學(xué)生回答。本章我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能。動(dòng)能定理的內(nèi)容：合力對(duì)物體所做的功，等于物體動(dòng)能的改變量。表達(dá)式：W合=EK1-EK2。物體重力做的功與重力勢(shì)能的變化之間的關(guān)系：物體重力做的功等于重力勢(shì)能的減少量。
3）教師總結(jié)。動(dòng)能定理中物體動(dòng)能的改變量是物體的末動(dòng)能減去初動(dòng)能，定理的表達(dá)式：W合=EK1-EK2。物體重力做的功與重力勢(shì)能的變化之間的關(guān)系中的重力勢(shì)能的減少量是初位置的重力勢(shì)能減去末位置的重力勢(shì)能，關(guān)系表達(dá)式：WG=EP1-EP2。動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能，本節(jié)課我們就來(lái)研究有關(guān)機(jī)械能的問(wèn)題。提出課題：機(jī)械能守恒定律。
8.2 進(jìn)行新課
1）舉例分析機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)化。
演示實(shí)驗(yàn)1：滾擺
演示實(shí)驗(yàn)陵蔽鎮(zhèn)2：過(guò)山車模型（鐵球從圓形軌道某一高度滾下）
引導(dǎo)學(xué)生分析得出：通過(guò)重力做功，物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能之間可以相互轉(zhuǎn)化。
展示圖片“撐桿跳高”“拉弓射箭”，引導(dǎo)學(xué)生分析得出：通過(guò)彈力做功，物體的動(dòng)能和彈力勢(shì)能之間可以相互轉(zhuǎn)化。
總結(jié)結(jié)并歲論：機(jī)械能之間可以相互轉(zhuǎn)化。
2）探尋機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)化所遵循的規(guī)律。
①定性分析。
演示實(shí)驗(yàn)3：鋼球用細(xì)繩懸起，請(qǐng)一學(xué)生靠近，將鋼球偏至他鼻子處釋放，鋼球擺回時(shí)，觀察該生反應(yīng)。（調(diào)節(jié)課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。）釋放鋼球后，鋼球來(lái)回?cái)[動(dòng)，擺回到該生鼻子處返回，不會(huì)碰到鼻子。
演示實(shí)驗(yàn)4：將小鋼球用細(xì)線懸掛一端固定在黑板上部，把小球拉到一定高度的A點(diǎn)，然后放開，讓小球在同一平面內(nèi)擺動(dòng)。觀察到小球可以擺到跟A點(diǎn)等高的C點(diǎn)，如圖1甲。再用一釘子固定在小黑板上某點(diǎn)擋住細(xì)線，再觀察，發(fā)現(xiàn)小球雖然不能擺到C點(diǎn)，但擺到另一側(cè)時(shí)，也能達(dá)到跟A點(diǎn)相同的高度，仍等高，如圖1乙。
問(wèn)題1：這個(gè)小實(shí)驗(yàn)中，小球的受力情況如何？各個(gè)力的做功情況如何？能量轉(zhuǎn)化情況？問(wèn)題2：小球擺動(dòng)過(guò)程中總能回到原來(lái)高度，好像“記得”自己原來(lái)的高度，說(shuō)明在擺動(dòng)過(guò)程中有一個(gè)物理量是保持不變的，是什么呢？
學(xué)生觀察演示實(shí)驗(yàn)，思考問(wèn)題，發(fā)表見解：“小球受重力和繩的拉力，繩的拉力不做功，只有重力做功。下降時(shí)，重力做正功，重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加；上升時(shí)，重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加，動(dòng)能減少。小球擺動(dòng)過(guò)程中總能回到原來(lái)高度，說(shuō)明重力勢(shì)能與動(dòng)能的總和保持不變，也就是機(jī)械能保持不變。”
②定量分析推導(dǎo)。提出研究方法：在探究物理規(guī)律時(shí)，應(yīng)該是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，逐步深入，先對(duì)簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象進(jìn)行探究，然后加以推廣深化。在動(dòng)能與勢(shì)能轉(zhuǎn)化的情景中，自由落體（只受重力）應(yīng)該是比較簡(jiǎn)單的。
投影片如圖2所示，質(zhì)量為m的物體自由下落過(guò)程中，經(jīng)過(guò)位置1時(shí)，高度h1，速度v1；下落至位置2時(shí)，高度h 2，速度v2。引導(dǎo)學(xué)生思考分析：若不計(jì)空氣阻力，分析物體由h1下落到h2過(guò)程中機(jī)械能的變化。
分析：質(zhì)量為m的物體自由下落過(guò)程中，只有重力做功，根據(jù)動(dòng)能定理，有WG=mv22-mv12。下落過(guò)程中重力對(duì)物體做功，重力做功在數(shù)值上等于物體重力勢(shì)能的變化量。取地面為參考平面，有WG=mgh1-mgh2。由以上兩式可以得到mv22-mv12=mgh1-mgh2①。移項(xiàng)得mgh1+mv12=mgh2+mv22②，即EP1+EK1=EP2+EK2，E1=E2。引導(dǎo)學(xué)生討論式①的含義是什么？式②的含義又是什么？
在表達(dá)式①中，左邊是物體動(dòng)能的增加量，右邊是物體重力勢(shì)能減少量，該表達(dá)式說(shuō)明：物體在下落過(guò)程中，重力做了多少正功，物體的重力勢(shì)能就減小多少，同時(shí)物體的動(dòng)能就增加多少。在表達(dá)式②中，左邊是物體在初位置時(shí)的機(jī)械能，右邊是物體在末位置時(shí)的機(jī)械能，該式表示：動(dòng)能和勢(shì)能之和不變即總的機(jī)械能守恒。
3）分析機(jī)械能守恒的條件。舉例分析：物體沿光滑斜面下滑，上述結(jié)論是否成立；物體沿光滑曲面下滑，上述結(jié)論是否成立。由學(xué)生推導(dǎo)、分析：物體沿光滑斜面或光滑曲面下滑時(shí)，受重力和支持力作用，支持不做功，只有重力做功，由動(dòng)能定理和重力做功，同樣得出動(dòng)能和勢(shì)能之和即總的機(jī)械能保持不變。
演示實(shí)驗(yàn)5：彈簧振子（水平方向）來(lái)回振動(dòng)。引導(dǎo)學(xué)生分析得出：在只有彈力做功的情形下，系統(tǒng)的動(dòng)能和彈力勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，總的機(jī)械能也保持不變。
演示實(shí)驗(yàn)6：豎直彈簧振子的振動(dòng)。引導(dǎo)學(xué)生分析得出：只有重力和彈力做功的情形下，系統(tǒng)的動(dòng)能和重力勢(shì)能、彈力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，總的機(jī)械能也保持不變。
本文為全文原貌 未安裝PDF瀏覽器用戶請(qǐng)先下載安裝 原版全文 4）歸納結(jié)論。在只有重力和彈力做功的情況下，物體（系統(tǒng)）的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，物體機(jī)械能總量保持不變。這個(gè)結(jié)論叫做機(jī)械能守恒定律。
8.3 鞏固拓寬
【投影片】
1.分析下列情況下機(jī)械能是否守恒
A.跳傘運(yùn)動(dòng)員從空中勻速下降的過(guò)程
B.重物被起重機(jī)勻速吊起的過(guò)程
C.物體做平拋運(yùn)動(dòng)的過(guò)程
D.物體沿光滑圓弧面下滑
【分析】機(jī)械能守恒的條件：物體只受重力或彈力的作用，或者還受其他力作用，但其他力不做功，那么在動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中，物體的機(jī)械能守恒。依照此條件分析，AB項(xiàng)均錯(cuò)。答案：CD。
2.某人站在h1=10 m高的陽(yáng)臺(tái)上，以v1=10 m/s的速度隨意拋出一個(gè)小球，如果不計(jì)空氣阻力，求小球落地時(shí)速度的大小。
【分析與解答】小球被隨意拋出，可能上拋、斜拋或斜下拋，方向不定，用牛頓第二定律難以求解落地時(shí)的速度大小。本題用機(jī)械能守恒定律來(lái)解。
小球在空中飛行過(guò)程中，只有重力做功，機(jī)械能守恒。取地面為零勢(shì)能面，小球被拋時(shí)，重力勢(shì)能mgh1，動(dòng)能mv12；小球落地時(shí)，重力勢(shì)能mgh2=0，動(dòng)能mv22。根據(jù)機(jī)械能守恒定律，mgh1+mv12=mgh2+mv22，得mgh1+mv12=mv22，所以v22=2gh1+v12=2×9.8×10+102，v2≈17.2 m/s。
引導(dǎo)學(xué)生分析總結(jié)此題的解題要點(diǎn)、步驟。機(jī)械能守恒定律不涉及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度、時(shí)間及速度方向，用它處理問(wèn)題要比牛頓定律方便。運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解題的基本步驟：1）審題，明確研究對(duì)象；2）對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，并分析各力做功情況，判斷是否符合機(jī)械能守恒條件；3）（符合）選取零勢(shì)能面，找出物體初、末兩狀態(tài)的動(dòng)能和勢(shì)能；4）根據(jù)機(jī)械能守恒定律列等式，求解。
8.4 總結(jié)（略）
8.5 作業(yè)布置
1）課本P131知識(shí)研讀；2）課本P132思考與練習(xí)“1.2”。
8.6 板書設(shè)計(jì)
5.5 機(jī)械能守恒定律
1、機(jī)械能
定義：動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能
總的機(jī)械能：E=EK+EP
2、機(jī)械能之間可以相互轉(zhuǎn)化
3、機(jī)械能守恒定律
1）內(nèi)容：在只有重力做功的情形下，物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。2）數(shù)學(xué)表達(dá)式：mgh1+mv12=mgh2+mv22或EP1+EK1=EP2+EK2。
4、機(jī)械能守恒條件
1）物體只受重力或彈力的作用；2）物體除受重力或彈力的作用外，還受其他力，其他力不做功或所做功的代數(shù)和為零。
5、運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解題的基本步驟
1）審題，明確研究對(duì)象；2）對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，并分析各力做功情況，判斷是否符合機(jī)械能守恒條件；3）（符合）選取零勢(shì)能面，找出物體初、末兩位置時(shí)的動(dòng)能和勢(shì)能；4）根據(jù)機(jī)械能守恒定律列等式，求解。
本文為全文原貌 未安裝PDF瀏覽器用戶請(qǐng)先下載安裝 原版全文
