機(jī)械能及其守恒定律教材與教學(xué)設(shè)想

人教社版高中物理必修2第七章《機(jī)械能守恒定律》教材分析鄞州區(qū)教研室何豐明hfm6712@126.com辦公室：88121105一、兩種教材本章內(nèi)容對(duì)比二、新教材《機(jī)械能及其守恒定律》內(nèi)容分析與想法

第七章機(jī)械能守恒定律

1追尋守恒量2功3功率

4重力勢(shì)能5探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式

6實(shí)驗(yàn):探究功與速度變化的關(guān)系

7動(dòng)能和動(dòng)能定理8機(jī)械能守恒定律9實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律10能量守恒定律與能源新教材

第七章機(jī)械能

一、功

二、功率

三、功和能

四、動(dòng)能動(dòng)能定理

五、重力勢(shì)能

六、機(jī)械能守恒定律

七、機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律原教材增加滲透一、兩種教材本章內(nèi)容對(duì)比新舊教材設(shè)計(jì)線(xiàn)索原教材設(shè)計(jì)新教材設(shè)計(jì)以功是能量轉(zhuǎn)化的量度為線(xiàn)索

?教材對(duì)概念和規(guī)律的得出側(cè)重理性分析，與學(xué)生的前認(rèn)知有距離，學(xué)習(xí)要求高。試圖以培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)為線(xiàn)索?教材以生動(dòng)的素材、詳實(shí)的事例和帖近學(xué)生原有認(rèn)知的知識(shí)編排為基礎(chǔ)，增加了感性認(rèn)識(shí)素材，增強(qiáng)了趣味性和靈活性，形式新；?新教材重視對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)思路的引領(lǐng)，注重“研究性、探究性學(xué)習(xí)”，試圖將中學(xué)物理的教學(xué)回歸本性。

第1、2、3節(jié)的圖片第4、5、6節(jié)的圖片第7、8、9、10節(jié)的圖片二、新教材《機(jī)械能守恒定律》內(nèi)容分析與想法1、追尋守恒量因?yàn)槟芰渴且粋€(gè)自然界中十分重要的守恒量。且在物理學(xué)的發(fā)展中，能量并不是由功定義的，能量的概念是人類(lèi)在“追尋守恒量”的過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的?；谶@樣的認(rèn)識(shí)，新教材中，把守恒思想的提出放到了具體的概念之前。總體：從“追尋能量守恒”到“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”，再到“機(jī)械能守恒”，最后形成“能量守恒定律”，不僅要讓學(xué)生掌握有關(guān)的基本概念和規(guī)律，更要讓學(xué)生體驗(yàn)“一切運(yùn)動(dòng)變化都要滿(mǎn)足一定的守恒定律”的物理思想。

?感覺(jué)教材設(shè)計(jì)考慮了教師的教。

?只要學(xué)生能理解，教師的教學(xué)用語(yǔ)一定要用專(zhuān)業(yè)化的物理術(shù)語(yǔ)嗎？

?該部分內(nèi)容的重要性不僅在于將能量提前向?qū)W生滲透，也在于敘述物理知識(shí)過(guò)程的“白話(huà)”化，這樣的敘述更帖近學(xué)生的認(rèn)知。教材先給出能量、勢(shì)能、動(dòng)能三個(gè)概念，其中對(duì)能量?jī)H給出個(gè)事例然后進(jìn)行推演而得；對(duì)于勢(shì)能則是給出了一個(gè)普遍的定義（相互作用的物體憑借其位置而具有的能量），也為后面的重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能教學(xué)作了鋪陳。?教學(xué)安排上一個(gè)課時(shí)，也可以考慮與第二節(jié)功相連上二課時(shí)。能量、勢(shì)能、動(dòng)能三個(gè)概念學(xué)生在初中就有了初步接觸。想法?可安排些守恒事例。P611、伽伽利利略略斜斜面面實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)2、擺擺動(dòng)動(dòng)3、滾滾擺擺4、過(guò)過(guò)山山車(chē)車(chē)2、功功?內(nèi)容容與與原原教教材材的的安安排排基基本本相相同同。。但但更更突突出出力力對(duì)對(duì)物物體體做做功功的的直直觀性性，，如如事事例例圖圖有有利利于于促促進(jìn)進(jìn)學(xué)學(xué)生生對(duì)對(duì)功功的的理理解解。。?同時(shí)時(shí)對(duì)對(duì)負(fù)負(fù)功功的的物物理理意意義義的的作作了了充充分分說(shuō)說(shuō)明明。。?對(duì)總功功如何何處理理教材材有文文字描描述，，無(wú)表表達(dá)式式，但但在例例題中中有相應(yīng)的的示范范。力對(duì)雪橇想法對(duì)于““功””概念念的關(guān)關(guān)鍵是是能讓讓學(xué)生生體驗(yàn)驗(yàn)到力力與位位移成成一定定角度度時(shí)，，合力力與分分力等等效關(guān)關(guān)系和和合力力做功功與分分力做做的功功等效效關(guān)系系有不不同？？方法一：不足有點(diǎn)特殊，對(duì)合力與分力等效關(guān)系和合力做功與分力做的功等效關(guān)系有不同的體會(huì)，不深刻。力方向Flθ力方向上的位移l

cosθW=FlcosθW=Fcosθ·lFθlFcosθ尋找力力方向向上的的位移移力F對(duì)物體體做的的功可可以等等效為為兩個(gè)個(gè)分力力做功功的代代數(shù)和和了。。也有總總功的的趨型型了。。FFlθ方法二二：從從功的的定義義出發(fā)發(fā)：即即先從從力和和物體體在力力方向向上發(fā)發(fā)生的的位移移著手手，然然后再再轉(zhuǎn)化化到常常規(guī)的的力分分解方方法。。方法三三：再與學(xué)學(xué)生共共同商商討對(duì)對(duì)于左左邊問(wèn)問(wèn)題的的物體體所受受重力力和彈彈力做做功嗎嗎？造成既既成事事實(shí)：：當(dāng)力力與物物體的的位移移垂直直時(shí)，，該力力對(duì)物物體不不做功功。1、先分分析簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的的和特特殊的的力做做功情情形2、改變變教材材中的的分析析圖情情境更更改為為一般般的理理想推推演情情景。。設(shè)想物物體先先在一一個(gè)水水平力力F（如5N）作用用下沿沿光滑滑水平平面運(yùn)運(yùn)動(dòng)一一段位位移（（如l=1m）；然然后設(shè)設(shè)想物物體分分別在在另外外兩個(gè)個(gè)力F1、F2（3N、4N）作用下下，分別別運(yùn)動(dòng)的的位移為為l1=0.6m、l2=0.8m；F1、F2互相垂直直且與F分別成37?、53?。如圖。。俯視圖WF=Fl=5JF1

37?l1WF1=F1l=1.8JF

253?l2WF2=F2l=3.2JF1

37?l1F

253?l2F

l（3）力F對(duì)物體所所做的功功相當(dāng)于于力F1、F2對(duì)物體所所做功的的代數(shù)和和，而非非矢量運(yùn)運(yùn)算。（1）力F與F1、F2相當(dāng)于合合力與分分力，運(yùn)運(yùn)算滿(mǎn)足足平行四四邊行定定則；（2）位移l與l1、l2相當(dāng)于合合位移與與分位移移，運(yùn)算算滿(mǎn)足平平行四邊邊行定則則；Fl3、功率?新教材提提出了額額定功率率與實(shí)際際功率的的概念,同時(shí)在““說(shuō)一說(shuō)”“做做一做””板塊中中，滲透透了瞬時(shí)時(shí)功率概概念。?與生活中中的汽車(chē)車(chē)換檔等等問(wèn)題掛掛鉤，生生活化的的程度提提高了，，也可以提提高學(xué)生生的學(xué)習(xí)習(xí)興趣。。?新教材沒(méi)沒(méi)有汽車(chē)車(chē)以恒定定功率啟啟動(dòng)的問(wèn)問(wèn)題，但但有汽車(chē)車(chē)在額定定功率下工作的的習(xí)題。。我們?cè)谠谔幚頃r(shí)時(shí)沒(méi)必要要再去補(bǔ)補(bǔ)充大量量的這類(lèi)類(lèi)習(xí)題，，以免人為為地加重重學(xué)生的的負(fù)擔(dān)。。但要讓學(xué)學(xué)生學(xué)會(huì)會(huì)如何進(jìn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)態(tài)分析，這也也是能力力要求之之一。?對(duì)于課后后的“做做一做””中的調(diào)調(diào)查，要要充分利利用這些些數(shù)據(jù)，，像其中中所敘述述的“功功率的大小與與機(jī)器（（或器具具）的效效能之間間的聯(lián)系系”等。。想法關(guān)于功率率教學(xué)的的引入由于功率率概念在在學(xué)生頭頭腦中已已有一定定的認(rèn)知知水平，，因此，，這節(jié)課課不太容容易引起起學(xué)生的的興趣，，認(rèn)為高高中對(duì)這這個(gè)概念念的學(xué)習(xí)習(xí)也不過(guò)過(guò)如此，，造成對(duì)對(duì)功率及及相關(guān)問(wèn)問(wèn)題的輕輕視，不不能很好好地去思思考。可可以考慮慮用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)來(lái)引入入。如：（本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)視頻由由鄞州鄞鄞江中學(xué)學(xué)毛寅峰峰、沈斌斌老師設(shè)設(shè)計(jì)拍攝攝）4、重力勢(shì)勢(shì)能?新教材較較大篇幅幅且認(rèn)真真分析了了重力做做功與路路徑是否否有關(guān)的的問(wèn)題。。?重力勢(shì)能能的得出出也很自自然，不不象原教教材那么么生硬。。原教材新教材?有了重力力勢(shì)能概概念后，，再討論論重力做做功與重重力勢(shì)能能關(guān)系、、重力勢(shì)勢(shì)能的相相對(duì)性、、重力勢(shì)能能是物體體與地球球所組成成的系統(tǒng)統(tǒng)所共有有，那樣樣就顯得得自然，，也便于于教學(xué)。。它隨高度度的變化化而變化化，與勢(shì)勢(shì)能的特特征一致致想法關(guān)于重力力做功與與路徑無(wú)無(wú)關(guān)的教教學(xué)?本節(jié)課很很詳細(xì)地地去推演演重力做做功與路路徑無(wú)關(guān)關(guān)，這樣樣做是想想有助于于學(xué)生形成嚴(yán)肅肅認(rèn)真的的科學(xué)態(tài)態(tài)度，形形成他們們的“科科學(xué)素質(zhì)質(zhì)”。?在討論物物體沿任任意路徑徑運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)重力做做功的問(wèn)問(wèn)題時(shí)，，又一次次用到了了極限的思想想。經(jīng)過(guò)過(guò)多次接接觸，學(xué)學(xué)生對(duì)這這樣的方方法應(yīng)該該比較熟熟悉了，，如平均速度度與瞬時(shí)時(shí)速度、、平均加加速度與與瞬時(shí)加加速度及及后面要要學(xué)到的的向心加速度度的推演演等等。。?可以考慮慮讓學(xué)生生觀察并并思考教教材第59頁(yè)的三個(gè)個(gè)圖，并并讓學(xué)生說(shuō)說(shuō)這這三個(gè)圖圖中所包包含的處處理物理理問(wèn)題的的思路與與方法。。?利用課后后的說(shuō)一一說(shuō)重溫溫勢(shì)能定定義。5、探究彈彈性勢(shì)能能的表達(dá)達(dá)式?不要求學(xué)學(xué)生掌握握探究結(jié)結(jié)論?重力功與與重力勢(shì)勢(shì)能關(guān)系系的延伸伸；動(dòng)能能定理的的鋪墊?對(duì)“彈簧簧的彈性性勢(shì)能跟跟哪些物物理量有有關(guān)”進(jìn)進(jìn)行猜想想?“變與不不變”思思想的拓拓展：從從速度變變化遷移移到力的的變化用圖象處處理變化化過(guò)程的的累積效效果：由由根據(jù)v-t圖象求勻勻變速運(yùn)運(yùn)動(dòng)的位位移遷移移為根據(jù)據(jù)F-l圖象求變變力的功功（主要是方方法遷移移）?經(jīng)歷一次次理論探探究過(guò)程程，根據(jù)據(jù)探究結(jié)結(jié)果來(lái)概概括物理理結(jié)論過(guò)程與方法本節(jié)課很很明確地地給出四四個(gè)探究究問(wèn)題：：彈性勢(shì)勢(shì)能的表表達(dá)式可可能與哪哪幾個(gè)物物理量有有關(guān)？、、彈簧的的彈性勢(shì)勢(shì)能與拉拉力所做做的功有有什么關(guān)關(guān)系？、、怎樣計(jì)計(jì)算拉力力所做的的功？、、怎樣計(jì)計(jì)算這個(gè)個(gè)求和式式？?既然重力力勢(shì)能的的表達(dá)式式是通過(guò)過(guò)重力做做功的分分析得來(lái)來(lái)的，很很自然地地通過(guò)類(lèi)類(lèi)比會(huì)想想到通過(guò)過(guò)彈力做做功可以以得到彈彈性勢(shì)能能的表達(dá)達(dá)式。vt0勻變速S=vt2/2力大小均均勻變化化W=？SvtWlF勻速時(shí)

S=vt恒力時(shí)

W=Fl(Fl

同向）類(lèi)比式探探究方法法6、實(shí)驗(yàn)：：探究功功與速度度變化的的關(guān)系?本節(jié)的思思路是第第4、5節(jié)的繼續(xù)續(xù)。?本節(jié)的數(shù)數(shù)據(jù)處理理遇到作作擬合曲曲線(xiàn)的技技巧，由由于事先先不知道功功W與速度v的關(guān)系，，需要進(jìn)進(jìn)行嘗試試。用軟軟件（EXCEL)進(jìn)行曲線(xiàn)線(xiàn)擬合來(lái)來(lái)年理會(huì)會(huì)方便得得多，應(yīng)應(yīng)該提倡倡。?不規(guī)定具具體的實(shí)實(shí)驗(yàn)步驟驟，但講講清思路路，在操操作技巧巧和數(shù)據(jù)處處理方面面給出提提示。這這樣會(huì)使使學(xué)生既既有章法可循，，又有自自由創(chuàng)作作的空間間。?本節(jié)課有有明確的的三個(gè)板板塊：探探究思路路、操作作技巧和和數(shù)據(jù)處處理。是是為下一一節(jié)動(dòng)能能定理作作鋪墊的的。想法關(guān)于功與與速度變變化關(guān)系系的問(wèn)題題式探究究教學(xué)設(shè)設(shè)計(jì)片段段橡皮筋對(duì)對(duì)小車(chē)在在哪個(gè)階階段做功功？有形變到到恢復(fù)原原長(zhǎng)過(guò)程程這個(gè)功能能不能測(cè)測(cè)量？如如何測(cè)量量？因是變力力不能直直接測(cè)量量，但可可以換個(gè)個(gè)方法，，用多條條橡皮筋筋的方法法，拉開(kāi)開(kāi)距離相相同。小車(chē)速度度如何測(cè)測(cè)量呢？？小車(chē)在運(yùn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程程中有哪哪些力對(duì)對(duì)它做了了功呢？？1、探究測(cè)測(cè)速度的的位置與與方法；；2、工具用用打點(diǎn)計(jì)計(jì)時(shí)器。。要平衡摩摩擦力，，使之等等效為只只有拉力力對(duì)小車(chē)車(chē)做功這種實(shí)驗(yàn)驗(yàn)方法較較為粗糙糙，且要要求小車(chē)車(chē)初速度度為零？？改進(jìn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)方法，，用氣墊墊導(dǎo)軌。。改成探探究滑塊塊所受重重力做的的功與滑滑塊速度度的關(guān)系系。對(duì)所記錄錄的數(shù)據(jù)據(jù)如何處處理用圖象法法試探W—v，W—v2，W—v3等可能的關(guān)系在一系列列問(wèn)題式式探究和和師生互互動(dòng)中，，體現(xiàn)了了對(duì)學(xué)生生處理問(wèn)問(wèn)題過(guò)程程中的““過(guò)程與與方法””、“技技能與思思維品質(zhì)質(zhì)”等能能力的隱隱性培養(yǎng)養(yǎng)。再次思考進(jìn)行探究究教學(xué)要要有好的的探究點(diǎn)點(diǎn)，而有有效的問(wèn)問(wèn)題設(shè)計(jì)計(jì)則是很很好的探探究點(diǎn)來(lái)來(lái)源之一一。7、動(dòng)能和和動(dòng)能定定理?動(dòng)能表達(dá)達(dá)式的得得出過(guò)程程：比較較符合現(xiàn)現(xiàn)在學(xué)生生學(xué)習(xí)物物理時(shí)獲獲得知識(shí)識(shí)的過(guò)程中對(duì)概概念的認(rèn)認(rèn)知過(guò)程程。?動(dòng)能定理理放在重重力勢(shì)能能、彈性性勢(shì)能、、功與速速度變化化關(guān)系之之后，顯顯得順暢暢了許多。。?例題有兩兩題，較較原教材材多了一一題，顯顯示動(dòng)能能定理在在解決物物理問(wèn)題題的重要性。?教材有意意突出了了過(guò)程與與方法，，如：對(duì)對(duì)動(dòng)能的的描述、、對(duì)變力力或曲線(xiàn)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的處處理。很可能是具有特定意義的物理量8、機(jī)械能能守恒定定律?與原教材材相比，，新教材材將機(jī)械械能守恒恒定律及及應(yīng)用并并為一節(jié)節(jié)，但習(xí)習(xí)題配置置與原教教材基本本相同。。?突出了動(dòng)動(dòng)能與勢(shì)勢(shì)能（重重力勢(shì)能能、彈性性勢(shì)能））之間的的相互轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化，泛泛化了機(jī)機(jī)械能內(nèi)內(nèi)的能的的形式的的可轉(zhuǎn)換換性。?對(duì)守恒定定律的描描述更符符合實(shí)際際需求。。原教材：新教材：9、實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械械能守恒恒定律?要讓學(xué)生生弄清楚楚測(cè)瞬時(shí)時(shí)速度的的道理。。特別要要引導(dǎo)學(xué)學(xué)生體會(huì)這種測(cè)測(cè)瞬時(shí)速速度的方方法與運(yùn)運(yùn)動(dòng)學(xué)中中的差異異。?在實(shí)驗(yàn)方方法上作作了改進(jìn)進(jìn)1、要求用用天平測(cè)測(cè)出重物的質(zhì)質(zhì)量，以便計(jì)計(jì)算重物物的動(dòng)能和勢(shì)能能改變量量的具體體數(shù)值。。2、在選擇擇紙帶時(shí)時(shí)，兩個(gè)個(gè)位置的的選擇與與第一、、二點(diǎn)間間的距離是是否接近近2mm、第一個(gè)個(gè)點(diǎn)是否否清晰無(wú)關(guān)了。?用氣墊導(dǎo)導(dǎo)軌演示示機(jī)械能能守恒。?配置了課課后的““問(wèn)題與與練習(xí)”。10、能量守守恒定律律與能源源?本節(jié)內(nèi)從從是對(duì)原原教材的的深化與與拓展，，符合現(xiàn)現(xiàn)代社會(huì)人們對(duì)對(duì)能量審審視角度度。?可以考慮慮將本節(jié)節(jié)課設(shè)