8.4 机械能守恒定律 教学设计-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“机械能守恒定律”核心知识点，以过山车实例导入，通过提问受力、做功及动能势能变化引导思考，搭建从动能势能转化到守恒条件的学习支架，衔接前后知识脉络。 特色在于落实核心素养，通过典例判断守恒条件正误培养科学思维，推导光滑曲面守恒过程落实科学探究，多表达式对比深化物理观念。生活实例与例题结合助学生理解应用，为教师提供清晰流程与丰富素材，提升教学效率。

高中物理人教版必修第二册 第八章《机械能守恒定律》 第4节 机械能守恒定律 教学设计 上课班级 上课时间 年 月 日 课时： 节 课题 第4节 机械能守恒定律 学习目标 一、物理观念 1.知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化。 2.理解机械能守恒定律的内容及条件，体会物理概念的重要意义。 2、 科学思维 1.会用能量观念分析具体实例中动能与势能之间的相互转化。 2.会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，并能运用机械能守恒定律解决有关问题。 3、 科学探究 会正确推导物体在光滑曲面上运动过程中的机械能守恒，理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件。 4、 科学态度与责任 认识机械能守恒定律对日常生活的影响，体会守恒思想对物理学的推动作用。 学习重难点 1.机械能守恒的理解与判断。 2.连接体的机械能守恒问题。 教学过程 一、新课引入 【想一想】 如图所示，过山车由高处在关闭发动机的情况下飞奔而下。（忽略轨道的阻力和其他阻力）过山车下滑时，过山车受哪些力作用？各做什么功？动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？ ［提示］ 过山车下滑时，如果忽略阻力作用，过山车受重力和轨道支持力作用；重力做正功，支持力不做功，动能增加，重力势能减少，机械能保持不变。 二、新课内容 （一）机械能守恒定律 1.机械能：动能和势能统称为机械能，其中势能包括弹性势能和重力势能。 2.机械能守恒定律 (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：mgh1＋mv＝mgh2＋mv。 3.守恒条件：只有重力或弹簧的弹力做功。 【典例1】判断下列说法的正误． (1)通过重力做功，动能和重力势能可以相互转化．(　√　) (2)机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用．(　×　) (3)合力做功为零，物体的机械能一定保持不变．(　×　) (4)只有重力做功时，物体的机械能一定守恒．(　√　) （二）机械能守恒的判断 1.对守恒条件的理解 （1）单个物体只受重力，不受其他力，如自由落体运动； （2）单个物体除受重力外，还受其他力，但其他力不做功，如物体沿光滑固定的斜面下滑，物体受重力和支持力作用，但支持力不做功； （3）对于多个物体组成的系统来说，除重力和系统内的弹力做功之外，外力不做功，有内力做功，但内力做功的代数和为零。 2．判断机械能守恒的方法 (1)做功分析法(常用于单个物体) (2)能量分析法(常用于多个物体组成的系统) 【典例2】（多选）下列关于各图中机械能是否守恒的判断正确的是( BC ) A. 甲图中，物体 将弹簧压缩的过程中， 机械能守恒 B. 乙图中，物体 在大小等于摩擦力的拉力下沿斜面下滑时，机械能守恒 C. 丙图中，不计任何阻力时 加速下落、 加速上升过程中， 、 组成的系统机械能守恒 D. 丁图中， 越来越大，小球慢慢升高，小球的机械能仍然守恒 （三）机械能守恒定律的不同表达式 项目 表达式 物理意义 说明 从不同状态看 守恒式：Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E初＝E末 初状态的机械能等于末状态的机械能 必须选零势能面 从转化角度看 转化式：Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2或ΔEk＝－ΔEp 过程中动能的增加量等于势能的减少量 不必选零势能面 从转移角度看 增量式：EA2－EA1＝EB1－EB2或ΔEA＝－ΔEB 系统只有A、B两物体时，A增加的机械能等于B减少的机械能 【典例3】如图所示，质量m＝50 kg的跳水运动员从距水面高h＝10 m的跳台上以v0＝5 m/s的速度斜向上起跳，最终落入水中，若忽略运动员的身高，取g＝10 m/s2，不计空气阻力．求： (1)运动员在跳台上时具有的重力势能(以水面为零势能面)； (2)运动员起跳时的动能； (3)运动员入水时的速度大小；入水时的速度大小与起跳时的方向有关吗？ 答案　(1)5 000 J　(2)625 J　(3)15 m/s　无关 解析　(1)以水面为参考平面，则运动员在跳台上时具有的重力势能为 Ep＝mgh＝5 000 J. (2)运动员起跳时的速度为v0＝5 m/s， 则运动员起跳时的动能为Ek＝mv02＝625 J. (3)运动员从起跳到入水过程中，只有重力做功，运动员的机械能守恒，则 mgh＋mv02＝mv2，解得v＝15 m/s. 此速度大小与起跳时的方向无关． 板书设计 （一）机械能守恒定律 (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：mgh1＋mv＝mgh2＋mv。 3.守恒条件：只有重力或弹簧的弹力做功。 （二）机械能守恒的判断 （三）机械能守恒定律的不同表达式 课后作业 1.以相同大小的初速度v0将物体从同一水平面分别竖直上抛、斜上抛、沿光滑斜面(足够长)上滑，如图所示，三种情况达到的最大高度分别为h1、h2和h3，不计空气阻力，则(　　) A．h1＝h2＞h3 B．h1＝h2＜h3 C．h1＝h3＜h2 D．h1＝h3＞h2 2.(多选)如图，一根轻弹簧下端固定，竖立在水平面上．其上方A位置有一小球，小球从静止开始下落到B位置接触弹簧的上端，在C位置小球所受弹力大小等于重力，在D位置小球速度减小到零．不计空气阻力，弹簧始终在弹性限度内，则小球(　　) A．下落至C处速度最大 B．由A至D的过程中机械能守恒 C．由B至D的过程中，动能先增大后减小 D．由A运动到D时，重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量 3.(多选)如图所示，在地面上以速度v0抛出质量为m的物体，抛出后物体落到比地面低h的海平面上。若以地面为零势能面，而且不计空气阻力，则下列说法正确的是(　　) A.重力对物体做的功为mgh B.物体在海平面上的势能为mgh C.物体在海平面上的动能为mv－mgh D.物体在海平面上的机械能为mv 4.（多选）如图所示，用一跨在轻质光滑定滑轮两侧的轻质细绳连接质量分别为 、 的两物块，开始用手控制 使整体处于静止状态，且 。若不计空气阻力，则放手后，物块 由静止自由下降的过程中（ 未接触地面， 未到定滑轮），下列说法正确的是( ) A. 轻质细绳对 做正功 B. 轻质细绳对 、 做功代数和不一定为0 C. 和 组成的系统机械能守恒 D. 机械能的减少量等于 机械能的增加量 5．以20 m/s的速度将质量为m的物体从地面竖直向上抛出，若忽略空气阻力，以地面为参考平面，g取10 m/s2，则： (1)物体上升的最大高度是多少？ (2)上升过程中在何处物体的重力势能和动能相等？此时物体的速度是多大？ 课后作业答案 1.答案　D 解析　竖直上抛的物体和沿光滑斜面运动的物体，上升到最高点时，速度均为0，由机械能守恒定律得mgh＝mv02，所以h＝；斜上抛的物体在最高点速度不为零，设为v1，则mgh2＝mv02－mv12，所以h2＜h1＝h3，D正确． 2.答案　ACD 解析　小球从B至C过程，重力大于弹力，合力向下，小球做加速运动，小球从C至D过程，重力小于弹力，合力向上，小球做减速运动，所以小球由B至D的过程中，动能先增大后减小，在C点动能最大，速度最大，故A、C正确；由A至B下落过程中小球只受重力，其机械能守恒，从B至D过程，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，但小球的机械能不守恒，故B错误；在D位置小球速度减小到零，小球的动能为零，则从A运动到D时，小球重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量，故D正确． 3.答案　AD 4.[解析]选 。物块 向下运动，轻绳拉力向上，则轻质细绳对 做负功， 错误；物块 向上运动，轻绳拉力对 做正功，同一根绳上拉力相等，两物块运动距离相等，则轻绳对两物块做功的代数和为零， 错误；系统只存在动能和重力势能的转化，则系统机械能守恒， 正确；由 、 选项分析可知， 机械能减小， 机械能增大，且机械能变化大小相等， 正确。 5.答案　(1)20 m　(2)10 m　10 m/s 解析　(1)以地面为参考平面，设物体上升的最大高度为h， 由机械能守恒定律得mv02＝mgh，所以h＝＝ m＝20 m. (2)物体在地面处有E1＝mv02，设在高h2处有Ek＝Ep. 故E2＝mgh2＋mv12＝2mgh2， 由机械能守恒定律得E1＝E2，即mv02＝2mgh2， 解得h2＝＝ m＝10 m， 由mgh2＝mv12可得v1＝10 m/s. 教学反思 学科网（北京）股份有限公司 $