机械能守恒定律

机械能守恒定律

滑县实验中学 祁崴

教学内容分析

1．教材的地位和作用

机械能守恒定律是能量守恒定律的一个特例。能量守恒定律是自

然界中的普遍定律。它贯穿于高中物理力、热、电、光、原各章节。

高中阶段与能量守恒定律有关的内容还有：热学中的热力学第一定

律、电磁学中的机械能和电势能守恒、原子物理中的光电效应、核反

应中的能量守恒等等。因此，通过本节内容的学习，既提供了一条解

决力学问题的新途径，又可为后续课程的学习打下良好的基础。

2．教学重点和难点

本节教学的重点是：使学生理解机械能守恒的含义、掌握物体系

机械能守恒的条件。本节教学的难点是：从能的转化和功能关系出发

理解机械能守恒的条件、能正确判断所研究的物体系统在所经历的过

程中机械能是否守恒。

教学目标设计

1、知识技能

a、知道什么是机械能。

b、理解机械能守恒定律的含义。

c、理解机械能守恒的条件

2、过程与方法

结合实例与理论，得出机械能守恒定律的内容与条件。

3、情感、态度、价值观

感悟实际生活中有关能量守恒的事例，学以致用，运用自然规律

解决实际问题。

教学对象分析

在学习本节内容之前，学生已经学习过了功、功率、动能、动能

定理、重力势能、重力做功与重力势能变化量的关系、功能关系等知

识，已具备了从理论推导得出机械能守恒条件的能力。经过将近一年

的高中物理学习，已经具备了通过引导从旧知识结合实例获取新知识

的学习能力。

教学策略设计

将日常生活中与机械能有关的一些实例抽象成习题，课前打印好

发给学生，让学生在解决问题的过程中通过思考与讨论掌握本节内

容。

教学过程设计

一、创设情景，引入新课

1、复习已学知识，引入新课

前面我们学习了动能、势能的相关知识，但在实际生活中，我们

发现物体的动能和势能不是固定不变的，有时是可以相互转化的，请

同学们举出一些有关动能与势能相互转化的实例来。（联系实际、激

发兴趣，从学生所举的事例中选取一些便于研究的事例结合自己准备

的事例设置成问题开展教学）

2、播放课件：演示实际生活中动能、势能相互转化的实例。选

取两个常见实例。钢笔不小心从课桌掉到地面上所做的运动、骑自行

车回家时经过立交桥时下坡、上坡的运动。

3、提出问题：以上事例中，都涉及到了动能与势能的相互转化

问题，那么这两种能量的转化是否有一定的规律可寻呢？我们本节课

就来探讨这个问题。

二、将事例抽象为习题，着手解决问题

1、将钢笔掉落地上的运动抽象为落体运动，划分为两种情况：

一种忽略空气阻力；一种考虑空气阻力（将空气阻力设为大小恒定的

力）。

2、将骑自行车过立交桥时的下坡运动抽象成物体在斜面上的下

滑运动，有一定的初速度，划分为两种情况：一种忽略阻力；一种设

为受恒定阻力的匀加速运动。

图1 图2 通过将学生所举的事例抽象，将实际问题转化为4个习题，让学

生寻找动能与势能在转化过程中的规律，在预习的基础上，不少学生

肯定要往机械能守恒上想，但通过习题的处理，会发现实际情况并非

如此，从而认识到机械能的守恒不是无条件的，而是一个有条件的守

恒定律，紧接着探讨机械能守恒的条件。

将学生每四人为一组，组内基础较好的同学处理有阻力的问题，

其余同学处理无阻力的问题。

三、各小组汇报结果

两种结果：1 、实例中无阻力时，动能与势能在转化过程中总量

不变。2

、实例中有阻力时，动能与势能在转化过程中总量减少。

总结：机械能守恒是有条件的。

四、讨论机械能守恒的条件

引导基础较好的同学从功能转化的角度去探讨机械能守恒的条

件。其余同学结合例题阅读课本理解守恒条件。

教师引导思考：前面我们学过功是能量转化的量度，动能的转化

是用合力所做的功来量度，重力势能的转化是用重力重力所做的功来

量度，实例中有阻力时机械能减少，是不是运动中只要物体不受阻力

物体的机械能就守恒？当重力充当阻力时又如何？

（根据实例，学生可能认为机械能减少的原因是由于阻力做功引

起的。但当引导到重力充当阻力时。举一竖直上抛的例子，学生就会

澄清这一认识。）进一步从功能转化角度探讨，实例中的阻力为摩擦

阻力与空气阻力，空气阻力与摩擦阻力做功时伴随哪些能量的转化

呢？（举摩擦生热、陨石下落的例子，使学生认识到：摩擦阻力与空

气阻力做功时，通常伴随着内能的转化）

逐渐使学生形成一种认识：要想使动能与势能在转化过程中总量

不变，那么在能量的转化只能发生在动能、势能间，所做的功只能是

引起动能与势能转化的力所做的功，而不发生机械能与其他形式的能

之间的转化。这样则在动能与势能的转化过程中，要想总量保持不变，

只能是只有重力做功。

总结：机械能守恒的条件，只有重力做功。

五、理论推导

运用前面所学的动能定理、重力做功与重力势能变化量之间的关

系，从理论上推导出机械能的守恒条件。

WEk2Ek1 （动能定理）

WGEp2Ep1 （重力做功与重力势能变化量之间的关系）

（将总功分为重力做的功与除重力外其他力所做的功） WWGW其

联立三式有：W其Ek2EP2(Ek1Ep1)

即：W其E

总结：从上式看出，在动能与势能的转化过程中，只要除重力以

外的其它力做功，则物体的机械能将不守恒。并可通过此式探讨机械

能与其他形式的能之间的转化情况。可理解另一种特殊的能量守恒情

况。

类比有弹力做功引起弹性势能变化时，可将机械能守恒的条件扩

展为：只有重力、弹力做功。

六、总结课堂、深化认识

引导学生总结，既总结所学知识，更要总结探究物理规律所运用

的思维方法，温故而知新。从实际生活中发现问题，解决问题，寻找

规律，利用规律。

教学情景预测

利用习题推导机械能守恒条件时学生可能难以从功能关系入手

导出守恒条件。理论推导机械能的守恒条件可能学生不会想到将总功

分为重力所做的功与除重力外其他力所做的功。可引导学生运用前面

所学的力的分解，运动的分解的思维模式。

本设计主要特点

1、课题的引入来源与实际生活中的常见事例。

2、实际问题与所学物理规律相结合。

3、学生对前面所学的功能关系、动能定理、重力势能等知识熟

练掌握，深刻理解的基础上应用本设计较好。

板书设计

一、机械能定义

动能、重力势能、弹性势能合称为机械能

二、机械能守恒的含义

物体在运动过程中，动能、重力势能、弹性势能之间发生相互转

化，但总量保持不变。

三、机械能守恒条件

WEk2Ek1

WGEp2Ep1

WWGW其

W其Ek2EP2(Ek1Ep1)

W其E

动能、重力势能、弹性势能之间发生相互转化的过程中，只有重

力、弹力做功。

教学评价：分析学生是否将比值法定义物理量的思想融入思维体

系中，是否具备迁移学习的能力。

分析学生是否在瞬时功率、平均功率的学习中掌握了“一一对应”的

处理原则。

检验学生能否理解变速杆的巨大作用，能否将“换档”操作与“变牵

引力”的目的联系在一起。