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机械能守恒定律
一、教学分析
机械能守恒定律是高中物理学习的重要内容之一。是以后电、磁、运动等各个能量之间
学习转化的基础。学习本节课需要以动能、势能、功和能的关系、牛顿运动定律等为知识基
础，通过学生理论推导，教师引导来得出机械能守恒定律及其条件。最后运用机械能守恒定
律解决简单的情景问题。
从本校学生情况来看，这部分内容有一定的难度，主要在于该定律的计算上。毕竟在该
定律的分析中，涉及到受力分析、运动学以及牛顿定律等各方面的思考，所以对本校学生而
言是一个比较大的挑战。
二、教学目标
1．知识与技能
（1）知道机械能的概念。
（2）理解机械能守恒定律及其条件。
（3）能判断某个过程机械能是否守恒。
（4）能在具体情景中应用机械能守恒定律解决一些简单的实际问题。
2．过程与方法
（1）通过对机械能守恒定律的理论推导，感受研究物理的科学方法。
3．情感、态度与价值观
（1）通过不同运动的推导基础上的得出机械能守恒定律的过程,学生会认识到物理学习
中严谨的科学态度。
（2）通学生自主推导、教师指导，增强学生对于科学规律的探究精神。
三、教学重点与难点
重点：理解机械能守恒定律及其条件
难点：归纳出只有重力做功是机械能守恒的条件
四、教学资源
1、器材：铁架台，摆，双锥体上坡演示仪，DIS 实验相关设备，其他器材等。
2、自制课件。
五、教学设计思路
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本设计的内容主要包括四个方面：一是机械能的构成；二是机械能守恒的规律与条件；
三是 DIS 验证机械能守恒；四是机械能守恒的应用。课堂上通过现象提出问题、通过推理
提出假设、最后通过实验验证的科学研究方法来贯穿这四个方面的内容。
本设计要突出的重点是：机械能的构成；机械能守恒的条件以及运用环境 。方法是利
用传统实验与现代技术 DIS 的辅助，通过学生推导和实验验证来说明该定律。
本设计要突破的难点是：情景下的机械能守恒定律的运用。方法是通过实景问题的分析，
例题的精讲来落实学生的掌握程度。
本设计重视概念和规律的形成过程，伴随科学方法和物理思维的教育，着重培养学生获
取、搜集、处理、表达信息的能力以及观察、分析、推理的能力。
完成本设计的教学任务需 1 课时。
六、教学流程图
七、教学过程
实验 2
摆
DIS 实验
活动 1
引入
椎体上滚
实验 1
摆
能量转化
动能势能
相互转化
探究
自由落体
机械能
结束语机械能守
恒定律
活动 4
实际应用
例题
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前面几节课，我们对动能以及重力势能有了一定的认识与了解，
请大家完成学案上知识与方法中 1、2 两题。
动能
它的大小是由物体的质量和速度决定，描述物体由于运动而具有的能量。
重力势能
它描述物体由于被抬高而具有的能量。这个抬高，指的是与零势能面的相对
位置关系。
在初中，我们就对能量以及力做功有了一定的了解，也知道能量是守恒的。
能量既不会创生也不会消失。只会从一种形式转化成另一种形式，从一个物体转
移到另一个物体。动能和重力势能两种不同的能量间是一种怎样的关系呢？今天
我们来更深一层次的研究它们之间的联系。
活动 1：锥体上滚实验（播放视频）
观察锥体上坡现象中，锥体是否上升了？锥体的动能来自于哪里？
（引导：锥体的重心变化，动能的变化）
显然是势能减少的同时，动能在增加，并不是我们所看到的情况。那到底是
怎么一回事呢？我们用一个更简单的模型来进行研究：
实验 1：摆的实验（结合慢动作视频）
可以看到，如果忽略空气阻力，摆几乎总能摆到相同的高度，注意动能和势
能间的相互变化，和摆的长度并没有直接的关系。
实验 1：摆
重物处于最高点时：
重力势能最__大___，动能最__小____。（选填“大”或者“小”）
重物处于最低点时
重力势能最__小___，动能最__大___。（选填“大”或者“小”）
整个过程中
重物的重力势能减小时，动能___增大__。（选填“增大”或者“减小”）
重物的重力势能增大时，动能___减小__。（选填“增大”或者“减小”）
在这样一个过程中，两种能量却都保持着一个相互转化的状态，所以我们将
pE mgh
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这两个可以相互转化的，由质量（kg）、速度（m/s）、位置(m)等力学量构成的能，
统称叫做机械能。符号：E。
即动能和势能统称为机械能。
k pE E E
前面我们可以从演示实验发现动能和势能发生相互转化，其实就是机械能范
围内不同形式能的转化。
可是，我们说了半天，还是只找到个定性的关系，那么到底它们之间是如何
联系呢？
让我们一步一步来研究
探究：自由落体运动中的机械能
质量为 1kg 的小球在市南中学 2 号楼 4 楼（距地高约 20m）处自由下落
(g 取 10m/s2)
开始时的初度到 V1=_____________；
达地面瞬时速度 V2=_____________；
初始状态：Ep1=_________________； 结束状态：Ep2=__________________；
Ek1=_________________； Ek2=__________________；
E1=__________________。 E2=__________________。
结论：E1______________E2
虽然整个过程中，动能和势能发生了转化，但是两个状态的机械能大小相同，
那自由落体是不是太特殊了呢？那我们来推广试试
DIS 实验：验证机械能守恒定律：（教师演示，注意说明实验的注意要点）
可以看到，虽然有少量的空气阻力干扰，但是我们依然得出了这个结论
这就是机械能守恒定律：
在只有重力做功的情况下,物体的动能和势能发生相互转化,但机械能的总
量保持不变的规律. 2 2
1 1 2 2
1 1
2 2mgh mv mgh mv
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注意，这里左右分别对应某一个状态的机械能，
例 1：判断下列各过程机械能是否守恒？
（1）跳伞员带着张开的降落伞在空气中匀速下降，
（2）物体沿竖直平面内的光滑四分之一圆弧面下滑
（3）汽车沿光滑斜坡匀速向上行驶，
这也就解释了我们前面演示实验的小铁球为什么会达到相同的高度了。那我
们学习机械能守恒有什么优点？
例 2：如图是一条云霄飞车的一部分轨道示意图，高度已经标在图上，一段质量
为 500kg 车厢从 A 点以 1m/s 的速度出发且整个过程中阻力不计
（1）车厢在何处重力势能最大？何处动能最大？
（2）车厢在哪段运动中动能几乎不变？
（3）车厢抵达 D 点时候的速度是多大？（g=10m/s2）
机械能解决问题的优势：与运动轨迹和过程无关。只与物体的状态有关。
作业布置：复习与巩固
八、教学反思
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