《人教版(2019)高中物理必修二教案》8.4机械能守恒定律 教案

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8.4 机械能守恒定律
〖教材分析〗
学习本节内容注意回顾前面学习的动能定理和重力势能与重力做功的关系，
已经它们之间的联系，通过本节学习的机械能守恒条件，把前后结合统一起来。
本节内容是本章教材的重点内容，它既是对前面几节内容的总结，也是对能量
守恒定律的铺垫。通过学习，学生不难掌握机械能守恒定律的表达式和运用机
械能守恒定律求解简单问题，但对守恒条件的判断有一定的困难，对条件的理
解是本节内容的难点。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：树立能量观念，能够根据动能定理和重力做功与重力势能变化
的关系，结合机械能守恒定律分析、解决问题的基本方法。
科学思维：理解机械能守恒定律的推导过程，体会它与动能定理和重力做
功与重力势能变化的关系之间的统一关系。
科学探究：通过对生活中动能和势能相互转化的思考增加学生对物理知识
喜爱。领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性。
科学态度与责任：通过能量守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运
用自然规律，并用来解决实际问题。
〖教学重点与难点〗
重点：1.理解机械能守恒定律的内容。
2.在具体问题中能判断机械是否守恒，并能列出定律的数学表达式。
难点：从功能关系来理解机械能守恒定律的条件。
〖教学准备〗
多媒体课件
〖教学过程〗
一、新课引入
伽利略曾研究过小球在斜面上的运动。他发现：
无论斜面 B比斜面 A陡些或缓些，小球的速度最
后总会在斜面上的某点变为 0，这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度
基本相同。
在小球的运动过程中，有哪些物理量是变化的？哪些是不变的？你能找出
不变的量吗？
（播放动图）阐述速度是变化
的，高度和质量是不变的。
1
也许还有一个量也是不变的，那就是能量，——追寻守恒量。
二、新课教学
（一）追寻守恒量
伽利略的这个实验，小球总能回到原来的高度。
也就说小球在运动的过程中，好像记得自己起
始的高度，用物理学的语言来说，这说明存在一个与高度相关的物理量。这个
量是守恒的，后来物理学家就把这个量叫做能量。
其实，伽利略已经走到了机械能守恒的大门口，只是当时还没有“能量”
的概念，因此，伽利略没有得出机械能守恒的结论。能量概念的引入是科学前
辈们追寻守恒量的一个重要事例。
（二）动能与势能的相互转化
①重力势能→动能
沿光滑斜面滑下的物体，受力分析、运动分析
和能量分析，观察发现支持力与运动方向垂直，不
做功；重力方向与位移方向可得：重力对物体做正
功，高度减少了，根据重力势能的表达式 Ep=mgh 可知物体的重力势能减少。
问题 1：那么减少的重力势能到哪里去了？
运动分析发现，在这过程中，物体的速度增加了，表示物体的动能增加了。
这说明，物体原来的重力势能转化成了动能。
②动能→重力势能
具有一定速度的物体，由于惯性沿光滑斜面上升，受
力分析、运动分析和能量分析，观察发现支持力与运动方
向垂直，不做功；重力方向与位移方向可得，这时重力对
物体做负功，在上升过程中，物体的速度减小，根据动能的表达式
可知，物体的动能减少。
问题 2：减少的动能到哪里去了？
由于物体的高度增加，根据重力势能的表达式 Ep=mgh 可知，它的重力势
能增加。这说明，物体的动能转化成了重力势能。
竖直向上抛出一个物体，随着物体高度的增加，它的速
度会减小；当物体到达最高点后会转而下降，同时速度逐渐
2
增大。这一过程同样可以从动能和重力势能相互转化的角度来分析。
③动能 弹性势能↔
播放动图 1：被压缩的弹簧把跟它接触的
物体弹出去的过程。
播放动图 2：运动员从跳板上弹起的过程。
不仅重力势能可以与动能相互转化，弹性势能也可以与动能相互转化。反
过来弹簧被压缩，跳板压缩，都是动能有转化为了弹性势能。
归纳总结：重力势能、弹性势能与动能都是机械运动中的能量形式，统称
为机械能。
①机械能=动能+势能
②用公式表示：E=Ek+Ep
③用集合图表示：
思考与讨论
一个小球在真空中自由下落，另一个同样的小球在粘滞性
较大的液体中由静止开始下落。它们都由高度为 h1的地方落到
高度为 h2的地方。在这两种情况下，重力做的功相等吗？重力
势能的变化相等吗？动能的变化相等吗？重力势能各转化成什
么形式的能？
①重力做功的表达式 WG=mgh
已知小球是一样的，即两小球的重力 mg 都是一样。它们都由高度为 h1的
地方落到高度为 h2的地方。即h=h1-h2也一样。所以重力做的功相等。
②根据重力势能与重力做功的关系，重力做功=重力势能的变化：WG=Ep1-
Ep2
由第一问可知等式的左边重力做的功是相等的，所以等式的右边重力势能
的变化也肯定是相等的。
③根据动能定理：合力做的功=动能的变化，即W=Ek2-Ek1
两个小球都是从静止开始下落，初速度 v1=0 都相同，即初动能相同。而末
速度，很明显真空当中的要比油里的大，即末动能不同，这样动能的变化也不
同。
3
重力势能
弹性势能
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