高中物理人教版第七章機(jī)械能守恒定律機(jī)械能守恒定律 名師獲獎(jiǎng)

人民教育出版社新課標(biāo)教材必修二第七章第八節(jié)《機(jī)械能守恒定律》教學(xué)設(shè)計(jì)江蘇省運(yùn)河中學(xué)王海軍2023-6-28《機(jī)械能守恒定律》教學(xué)設(shè)計(jì)江蘇省運(yùn)河中學(xué)王海軍教材依據(jù)：人民教育出版社新課標(biāo)教材必修二第七章第八節(jié)學(xué)情分析通過前幾節(jié)課內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生知道了重力做功會(huì)引起重力勢能的變化，彈簧的彈力做功將使勢能發(fā)生變化，合外力的功將引起物體動(dòng)能的變化，使學(xué)生對于曾在初中階段學(xué)過的一些定性的東西逐漸找到了定量方面的聯(lián)系，對功能關(guān)系的認(rèn)識(shí)加深了，也萌發(fā)了繼續(xù)探究的興趣。設(shè)計(jì)思路：通過演示實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生興趣，讓學(xué)生觀察能量間的相互轉(zhuǎn)化，然后引入機(jī)械能的概念。物理來源于生活，引導(dǎo)學(xué)生起回憶生活中動(dòng)能、重力勢能和彈性勢能相互轉(zhuǎn)化的例子。在回憶過程中教師提出疑問，三種能量在相互轉(zhuǎn)化過程中是否遵循某種特殊的規(guī)律，然后讓學(xué)生通過分組實(shí)驗(yàn)尋找守恒量，并對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行不斷地改進(jìn)，確立自己的猜想。在猜想的基礎(chǔ)之上，引導(dǎo)學(xué)生通過理論推導(dǎo)的方式得出機(jī)械能守恒定律。通過兩道例題鞏固機(jī)械能守恒定律，強(qiáng)化守恒條件的判斷及解題步驟。設(shè)計(jì)說明：本節(jié)課僅僅圍繞教學(xué)重難點(diǎn)，層層深入，注重物理科學(xué)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的特點(diǎn)，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的方法讓學(xué)生觀察、思考，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)習(xí)的問題情境。設(shè)計(jì)始終貫徹了探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)方式的運(yùn)用，通過教師指導(dǎo)下的全程自主學(xué)習(xí)，落實(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，以自主學(xué)、合作學(xué)、質(zhì)疑學(xué)、“講出來”、“教別人”的學(xué)習(xí)方式，邊學(xué)邊講，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)、自主學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生課堂教學(xué)的參與度、問題探討的深度。在教學(xué)過程中體現(xiàn)了新課程教學(xué)目標(biāo)中的過程與方法，情感態(tài)度與價(jià)值觀的重視，讓學(xué)生體會(huì)了物理學(xué)規(guī)律的建立過程和方法，重視了物理思想和研究方法的教育。教學(xué)流程：推導(dǎo)I推導(dǎo)I學(xué)生演繹開始預(yù)習(xí)檢查創(chuàng)設(shè)情境，情景引入學(xué)生回答學(xué)生觀察思考機(jī)械能的概念動(dòng)能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化推導(dǎo)題2學(xué)生演繹教師點(diǎn)評(píng)并總結(jié)機(jī)械能守恒的條件機(jī)械能守恒定律解決物理問題全課總結(jié)及作業(yè)布置結(jié)束學(xué)生自主探究一、學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）知道機(jī)械能的各種形式，能夠分析動(dòng)能、勢能（包括彈性勢能）之間的相互轉(zhuǎn)化問題。（2）能夠根據(jù)動(dòng)能定理和重力做功與重力勢能變化的關(guān)系，推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律（3）會(huì)根據(jù)機(jī)械能守恒條件判斷機(jī)械能是否守恒，能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決有關(guān)問題。（4）能從能量轉(zhuǎn)化的角度理解機(jī)械能守恒的條件，領(lǐng)會(huì)運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決問題的優(yōu)越性。二、教學(xué)重點(diǎn)學(xué)習(xí)推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律，理解機(jī)械能守恒定律的含義，明確機(jī)械能守恒定律的條件，并運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決實(shí)際問題。三、教學(xué)難點(diǎn)理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容及條件，進(jìn)一步分析物體系統(tǒng)內(nèi)所具有的機(jī)械能，判斷研究對象在所經(jīng)歷過程中機(jī)械能是否守恒。四、教學(xué)資源人民教育出版社配套教材資源、DIS實(shí)驗(yàn)、細(xì)線、擺球、鐵架臺(tái)、多媒體、PPT等五、教學(xué)過程導(dǎo)入新課師生互動(dòng)一教師：各位同學(xué)，課前讓我們一起來欣賞一個(gè)小實(shí)驗(yàn)，請大家注意觀察：教師先介紹實(shí)驗(yàn)器材，然后做實(shí)驗(yàn)教師：如果我將圓筒從斜面上滾下，會(huì)出現(xiàn)什么情況？學(xué)生：會(huì)從桌面上掉下來教師做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察后發(fā)聲“啊”，怎么會(huì)這樣教師：為什么會(huì)這樣呢？教師先設(shè)問，然后將過程分解，過程1：圓筒在斜面上向下運(yùn)動(dòng)，重力做什么功？什么能向什么能轉(zhuǎn)化？過程2：停下來后為什么還能再次運(yùn)動(dòng)起來？學(xué)生：猜想原因教師：除掉圓筒外殼，顯示出內(nèi)部結(jié)構(gòu)？鞏固舊知識(shí)，引入機(jī)械能的概念。教師：我們今天所要研究的就是這三種不同形式的能量之間相互轉(zhuǎn)化相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律教師板書：機(jī)械能守恒定律（設(shè)計(jì)說明：良好的開端是成功的一半，通過實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的求知欲，課的第一錘要敲在學(xué)生的心靈上，激發(fā)起他們思維的火花，或像磁石一樣把學(xué)生牢牢地吸引住。）新課教學(xué)之師生互動(dòng)二教師：物理來源于生活，像這樣三種能量相互轉(zhuǎn)化的例子，生活中還有很多，大家想一想還有哪些？學(xué)生甲：在云龍湖小南湖景區(qū)我看到瀑布下落過程勢能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化學(xué)生乙：蕩秋千的時(shí)候，動(dòng)能和重力勢能之間相互轉(zhuǎn)化學(xué)生丙：游樂園里面的過山車動(dòng)能和勢能之間相互轉(zhuǎn)化學(xué)生?。簱螚U跳過程，重力勢能、彈性勢能和動(dòng)能間相互轉(zhuǎn)化（俄羅斯撐桿跳皇后----伊辛巴耶娃）教師：很好，今天課堂上老師也給您們提供了一些實(shí)驗(yàn)器材，讓大家親自體會(huì)一下這三種能量間的轉(zhuǎn)化，但是，在體會(huì)過程中老師要交給大家一些任務(wù)。教師：出示任務(wù)單（設(shè)計(jì)說明：讓學(xué)生感受物理從生活中來，從學(xué)生熟悉的生活背景導(dǎo)入，讓學(xué)生感受物理無處不在，能提高學(xué)生親近物理的熱情誘發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。）新課教學(xué)之師生互動(dòng)三任務(wù)：體驗(yàn)三種能量間的相互轉(zhuǎn)化，尋找運(yùn)動(dòng)過程中的守恒量讓小球或者滑片從某位置釋放，然后分析過程中（1）重力、彈力做功及各種能量轉(zhuǎn)化情況（2）是否能夠再次回到原來的高度或者位置。（3）可能保持不變的量是什么？并結(jié)合手邊的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)完畢分組匯報(bào)（設(shè)計(jì)說明：讓學(xué)生親自動(dòng)手操作，體驗(yàn)試驗(yàn)過程，培養(yǎng)學(xué)生自主探究能力，在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生之間相互協(xié)作，培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)能力。）教師引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)深入思考教師：對于實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)論同學(xué)們有什么可以質(zhì)疑的地方嗎？學(xué)生：在實(shí)驗(yàn)過程中選取不同位置釋放并多次實(shí)驗(yàn)教師：僅僅取不同位置釋放還是不夠的，我們要說明能量間的轉(zhuǎn)化過程中存在不變量，就要在小球運(yùn)動(dòng)過程中取不同位置進(jìn)行探究，這節(jié)課我們就一起來通過DIS實(shí)驗(yàn)來取小球向下擺動(dòng)過程中的A、B、C、D不同點(diǎn)進(jìn)行研究。教師進(jìn)行DIS實(shí)驗(yàn)演示，裝置如下師生合作取不同點(diǎn)進(jìn)行研究，數(shù)據(jù)分析如下：教師：請大家分析過程中為什么機(jī)械能不相等，為什么向下擺動(dòng)過程中機(jī)械能越來越小？學(xué)生討論：討論后，教師引導(dǎo)學(xué)生回答，因?yàn)橐头Σ亮ψ龉?，越是向下客服摩擦力做功越多機(jī)械能越小。（設(shè)計(jì)說明：利用DIS實(shí)驗(yàn)可以直觀快速地獲取數(shù)據(jù)，還可以激發(fā)學(xué)生對于物理學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性）教師：回答的非常好，看來摩擦力做功動(dòng)能和勢能的總和不守恒，我們來做一個(gè)對比試驗(yàn)看看是不是這樣？教師分別用小金屬球、乒乓球分別做擺動(dòng)試驗(yàn)。教師提問：看到什么現(xiàn)象？說明什么問題？學(xué)生：金屬球可以回到等高位置，乒乓球不能，說明有阻力做功，動(dòng)能和勢能的總和不守恒（設(shè)計(jì)說明：教師再次提出問題，再次掀起討論的高潮）教師：如果只有重力和彈力做功情況如何？教師：出示任務(wù)新課教學(xué)之師生互動(dòng)四教師通過PPT出示任務(wù)單任務(wù)：理論探究動(dòng)能和勢能轉(zhuǎn)化的守恒量初動(dòng)能為Ek1，質(zhì)量為m的小球從光滑曲面高度為h1的A點(diǎn)下落，運(yùn)動(dòng)到高度為h2的B點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能變?yōu)镋k2，忽略阻力求：（1）小球從A點(diǎn)下落至B過程中，重力做的功；（2）初末狀態(tài)小球機(jī)械能的關(guān)系。學(xué)生黑板上完成如圖所示，光滑水平面上質(zhì)量m為一小球在彈力作用下從A向B運(yùn)動(dòng)，已知小球A點(diǎn)動(dòng)能為Ek1，彈簧彈性勢能為EP1，運(yùn)動(dòng)到B動(dòng)能變?yōu)镋k2，彈簧彈性勢能變?yōu)镋P2，忽略阻力，求：（1）小球從A點(diǎn)至B過程中，彈力做的功；（2）小球和彈簧初末狀態(tài)機(jī)械能的關(guān)系學(xué)生黑板上完成（設(shè)計(jì)說明：通過以上兩個(gè)問題，培養(yǎng)學(xué)生理論探究的能力，讓學(xué)生運(yùn)用已有物理知識(shí)探究未知的規(guī)律）由此可以得出結(jié)論：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。這叫做機(jī)械能守恒定律。它是力學(xué)中一條重要定律，是普遍的能量守恒定律的一種特殊情況。研究對象應(yīng)該是：物體系統(tǒng)守恒的條件是：（1）只有重力或彈力做功做功的角度教師：是不是只受重力和彈力？(2)受其它力，但是不做功；或者其它力做功代數(shù)和為零（3）只有動(dòng)能、重力勢能和彈性勢能之間的相互轉(zhuǎn)化）能量轉(zhuǎn)化的角度表達(dá)式：（設(shè)計(jì)說明：勢能是相互作用的物體系統(tǒng)所共有的，同樣機(jī)械能也應(yīng)該是物體系統(tǒng)所共有的，在中學(xué)物理教學(xué)中，不必過分強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)，平時(shí)我們所說的物體機(jī)械能，可以理解為是對物體系統(tǒng)所具有的機(jī)械能的一種簡便而通俗的說法。）新課教學(xué)之師生互動(dòng)五任務(wù)：小組討論展示交流例題1：分析下列實(shí)例中，機(jī)械能守恒的有B跳傘運(yùn)動(dòng)員從空中勻速下落過程物體做平拋運(yùn)動(dòng)（忽略阻力）物體在細(xì)線拉力作用下沿著光滑斜面上滑過程物體以5m/s2的加速度豎直向下做直線運(yùn)動(dòng)例題2：把一個(gè)小球用細(xì)線懸掛起來，就成為一個(gè)擺，擺長為l，最大偏角為。如果阻力可以忽略，小球運(yùn)動(dòng)到最低位置時(shí)的速度是多大？（設(shè)計(jì)說明：通過例題1鞏固學(xué)生對守恒條件的理解，通過例題2鞏固學(xué)生對應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問題，并引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)解題步驟。）教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)解題步驟：受力分析，判斷是否符合機(jī)械能守恒定律的條件—（只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功）選取零勢能參考面，列出初、末狀態(tài)的機(jī)械能根據(jù)機(jī)械能守恒定律列出等式求解新課教學(xué)之師生互動(dòng)六拓展訓(xùn)練若小球擺到最低點(diǎn)時(shí)候細(xì)繩斷裂，小球水平以速度v飛出時(shí)離地面的高度為h，則小球落地時(shí)的速度多大？討論能否用機(jī)械能守恒定律求出繩斷裂后小球從飛出到落地經(jīng)過的時(shí)間和落地的速度方向呢？（設(shè)計(jì)說明：通過拓展思考，引導(dǎo)學(xué)生深入思考規(guī)律的優(yōu)越性和不足之處，將討論引入深處。）學(xué)生總結(jié)規(guī)律的優(yōu)缺點(diǎn)：1．機(jī)械能守恒定律不涉及運(yùn)動(dòng)過程中的加速度和時(shí)間，用它來處理問題要比牛頓運(yùn)動(dòng)定律方便；2．應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問題，只需要考慮運(yùn)動(dòng)的始末狀態(tài)，不必考慮兩個(gè)狀態(tài)之間過程的細(xì)節(jié)。3．如果直接用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題，往往要分析過程中各個(gè)力的作用，而這些力往往又是變化的，因此一些難以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決的問題，應(yīng)用機(jī)械能守恒定律則易于解決。處理多個(gè)物體組成的物體系統(tǒng)，用機(jī)械能守恒定律比較方便但它無法解決涉及時(shí)間和有矢量計(jì)算的問題，說明用機(jī)械能守恒定律解題也有局限性。布置作業(yè)課后習(xí)題3、4反思：（1）本節(jié)課按照“情景——探究一一應(yīng)用”的模式展開，具體做法是：引導(dǎo)和提出要探究的問題后，先讓學(xué)生做出猜測，之后通過演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，再讓學(xué)生進(jìn)一步做出推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律。

（2）本節(jié)課充分