機(jī)械能 獲獎(jiǎng)優(yōu)秀教學(xué)設(shè)計(jì)

第十章機(jī)械能、內(nèi)能及其轉(zhuǎn)化第一節(jié)機(jī)械能首都師范大學(xué)第二附屬中學(xué)張淼劉丹旸一、教學(xué)背景分析“課標(biāo)”中要求學(xué)生能通過實(shí)例了解能量及其存在的不同形式，能簡(jiǎn)單描述各種各樣的能量和我們生活的關(guān)系。通過實(shí)例認(rèn)識(shí)能量可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，不同形式的能可以相互轉(zhuǎn)化。本節(jié)涉及的內(nèi)容概念多，且抽象。由于知識(shí)容量大，而且學(xué)生相關(guān)的知識(shí)基礎(chǔ)比較薄弱，學(xué)生通過課堂教學(xué)學(xué)習(xí)這么多的內(nèi)容有一定的難度。因此本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)以演示實(shí)驗(yàn)引發(fā)思考，結(jié)合生活實(shí)際提出問題，引導(dǎo)學(xué)生探究，通過實(shí)驗(yàn)探究引出概念的方法，目的是讓學(xué)生在探究過程中提高解決問題的能力，加強(qiáng)合作。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。二、教學(xué)目標(biāo)1.理解動(dòng)能、重力勢(shì)能的概念，知道什么是彈性勢(shì)能。2.通過觀察物體具有動(dòng)能、勢(shì)能和彈性勢(shì)能的一系列實(shí)驗(yàn)，提高觀察能力。3.通過學(xué)習(xí)有關(guān)動(dòng)能、勢(shì)能及其相互轉(zhuǎn)化知識(shí)的廣泛應(yīng)用，能用實(shí)例說明物體的動(dòng)能和勢(shì)能，以及它們的轉(zhuǎn)化，知道在只有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的過程中機(jī)械能的總量保持不變。4.了解水能和風(fēng)能的應(yīng)用。5.通過機(jī)械能可以相互轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，初步掌握設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單探究實(shí)驗(yàn)的方法，學(xué)會(huì)從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中分析、歸納、總結(jié)簡(jiǎn)單的科學(xué)規(guī)律。三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：1.理解動(dòng)能、重力勢(shì)能的概念。2.學(xué)習(xí)運(yùn)用控制變量的方法研究問題。動(dòng)能和重力勢(shì)能概念的理解直接影響學(xué)生對(duì)機(jī)械能概念的理解，也是學(xué)習(xí)內(nèi)能的基礎(chǔ)，它是學(xué)生將能量概念具體化認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)，因此動(dòng)能和勢(shì)能概念的學(xué)習(xí)是本節(jié)的重點(diǎn)。對(duì)于這兩個(gè)重要概念的落實(shí)可讓學(xué)生自己用身邊的器材，采用探究的方法了解動(dòng)能大小跟速度、質(zhì)量的關(guān)系，勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān)，動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。研究過程注重研究方法的引導(dǎo)，通過探究活動(dòng)進(jìn)一步體會(huì)控制變量的科學(xué)方法，培養(yǎng)觀察、分析和推理能力等。教學(xué)難點(diǎn)：1.能的概念建立。2.機(jī)械能守恒條件的理解。學(xué)生通過小學(xué)科學(xué)課和物理課的學(xué)習(xí)，以及從日常媒體中都可能了解一些有關(guān)“能”或“能量”的知識(shí)，因此對(duì)“能”有一些初步的了解，但對(duì)于“能”的概念仍是很模糊的，為了突破“能”這個(gè)抽象的概念給學(xué)生造成的學(xué)習(xí)困難，教學(xué)上需要把這個(gè)抽象的概念通過實(shí)驗(yàn)和實(shí)例具體化，從日常生活中最密切的現(xiàn)象入手，在列舉大量實(shí)例的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出運(yùn)動(dòng)物體能夠做功，具有能量，稱之為動(dòng)能；被舉高的物體（或產(chǎn)生形變的物體）能夠做功，具有的能稱之為重力勢(shì)能；被壓縮的彈簧能夠做功，具有的能稱之為彈性勢(shì)能等。通過實(shí)例使學(xué)生認(rèn)識(shí)到“能”的存在，進(jìn)而再引入規(guī)范的動(dòng)能、勢(shì)能和機(jī)械能等概念，學(xué)生印象深刻、易于接受。對(duì)于機(jī)械能間的相互轉(zhuǎn)化，可以通過讓學(xué)生利用動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的原理自制一個(gè)小裝置或小玩具這樣的活動(dòng)進(jìn)一步加深對(duì)動(dòng)能、勢(shì)能的理解，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和創(chuàng)新精神。四、教學(xué)過程1.教學(xué)引入情境：出示三幅圖片，分別是帆船在風(fēng)的吹動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，保齡球擊倒瓶子，拉彎的弓弦即將把箭射出去。提出問題：根據(jù)我們的生活經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)、運(yùn)動(dòng)的保齡球、拉彎的弓弦具有能量嗎？判斷依據(jù)是什么？通過師生的討論，得出風(fēng)、運(yùn)動(dòng)的保齡球、拉彎的弓弦具有能量是因?yàn)槟軌驅(qū)ν庾龉?。由此引入能量的學(xué)習(xí)。2.“知識(shí)點(diǎn)”教學(xué)●物體的動(dòng)能情境：出示運(yùn)動(dòng)物體的圖片，讓學(xué)生解釋他們是否具有能量并說明原因。引出：動(dòng)能的概念。提出問題：物體動(dòng)能大小與什么因素有關(guān)呢？探究問題：物體動(dòng)能大小與物體運(yùn)動(dòng)速度大小的關(guān)系。探究問題的分析：?jiǎn)栴}1：誰是自變量？自變量如何改變？問題2：誰是因變量？因變量如何操作定義？問題3：控制哪些變量？如何控制？思考和討論：在實(shí)驗(yàn)中紙盒的作用是什么？對(duì)紙盒的位置有沒有要求？釋放小球時(shí)應(yīng)注意什么？引出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案：將同一小球放置在斜面上不同高度，由靜止釋放，通過測(cè)量小盒被推動(dòng)距離遠(yuǎn)近比較小球動(dòng)能大小。學(xué)生實(shí)驗(yàn)，收集證據(jù)，得出結(jié)論：質(zhì)量相同的物體，運(yùn)動(dòng)速度越大，物體動(dòng)能越大。探究問題：物體動(dòng)能大小與物體質(zhì)量的關(guān)系。探究問題的分析：?jiǎn)栴}1：誰是自變量？自變量如何改變？問題2：誰是因變量？因變量如何操作定義？問題3：控制哪些變量？如何控制？拓展演示實(shí)驗(yàn)：教師演示將質(zhì)量不同的小球從相同斜面同一高度同時(shí)自由下滑，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察小球在斜面上下滑時(shí)的位置關(guān)系（也可以慢速播放小球下滑過程）。得出：質(zhì)量不同的小球從相同斜面同一高度自由下滑，到達(dá)斜面底端時(shí)小球速度相同。引出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案：將質(zhì)量不同的小球放置在斜面上同一高度，由靜止釋放，通過測(cè)量小盒被推動(dòng)距離的遠(yuǎn)近比較小球動(dòng)能大小。學(xué)生實(shí)驗(yàn)，收集證據(jù)，得出結(jié)論：運(yùn)動(dòng)速度相同的不同物體，物體質(zhì)量越大，動(dòng)能越大。情境：學(xué)生舉例說明生活中的哪些物體具有動(dòng)能?！裰亓?shì)能問題1：被舉高的物體具有能量嗎？為什么？引出：被舉高的物體具有重力勢(shì)能。通過師生討論得出：重力勢(shì)能的大小與物體質(zhì)量、被舉高度有關(guān)。問題2：如何判斷物體重力勢(shì)能的大??？探究：（1）同一鐵錘，舉起的高度不同，將鐵釘扎入泡沫塑料中。（2）不同質(zhì)量的鐵錘，舉起的高度相同，將鐵釘扎入泡沫塑料中。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出：物體的質(zhì)量越大，被舉的高度越高，物體具有的重力勢(shì)能就越大。●彈性勢(shì)能情境：教師演示用拉開的玩具弓將箭射出。問題1：拉開的玩具弓是否具有能量？為什么？問題2：箭射出的遠(yuǎn)近不同說明什么？問題3：箭射出的遠(yuǎn)近與什么因素有關(guān)？引導(dǎo)學(xué)生得出：拉開的弓和弦都具有做功的本領(lǐng)，與拉開的弓和弦發(fā)生形變的大小有關(guān)。得出結(jié)論：物體發(fā)生彈性形變時(shí)也具有能，這種能叫做彈性勢(shì)能，彈性勢(shì)能的大小與物體的材料和彈性形變的大小有關(guān)?！駲C(jī)械能及其轉(zhuǎn)化情境：圖片展示（水平地面上行駛的汽車、高山上靜止的人、高空飛行的鳥）問題1：它們具有哪些能？你的判斷依據(jù)是什么？得出：動(dòng)能與勢(shì)能統(tǒng)稱機(jī)械能。問題2：動(dòng)能與勢(shì)能之間能夠相互轉(zhuǎn)化嗎？如能相互轉(zhuǎn)化，請(qǐng)你舉出你見過的動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的例子？在相互轉(zhuǎn)化的過程中遵從什么規(guī)律？演示：演示單擺實(shí)驗(yàn)（配合播放單擺的頻閃捕捉慢鏡頭的視頻或者圖片）實(shí)驗(yàn)前提醒學(xué)生觀察時(shí)思考：?jiǎn)螖[在最高處釋放前具有什么能？當(dāng)單擺左右擺動(dòng)時(shí)，它的運(yùn)動(dòng)速度和質(zhì)量，高度如何變化？動(dòng)能如何變化？它的重力勢(shì)能如何變化？是什么能向什么能轉(zhuǎn)化？學(xué)生觀察思考同時(shí)完成下表。擺球的位置A點(diǎn)ABB點(diǎn)BCC點(diǎn)速度0逐漸增大最大逐漸減小0動(dòng)能0逐漸增大最大逐漸減小0高度最大逐漸減小最小逐漸增大最大重力勢(shì)能最大逐漸減小最小逐漸增大最大學(xué)生討論交流，得出規(guī)律：?jiǎn)螖[在擺動(dòng)的過程中，動(dòng)能增大時(shí)勢(shì)能是減小的，勢(shì)能增大時(shí)動(dòng)能是減小的。得出：?jiǎn)螖[在擺動(dòng)過程中的動(dòng)能和勢(shì)能發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化。歸納得出：?jiǎn)螖[最終會(huì)停下來，說明機(jī)械能總量減少了，因?yàn)閱螖[要克服摩擦做功，機(jī)械能變成內(nèi)能了。教師總結(jié)：大量實(shí)驗(yàn)表明，物體的動(dòng)能和勢(shì)能之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。在只有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的過程中，機(jī)械能的總量保持不變，即機(jī)械能是守恒的。問題：舉一個(gè)物體的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的例子，并說明能的轉(zhuǎn)化過程。學(xué)生觀看影像資料：水能和風(fēng)能的利用。布置實(shí)踐活動(dòng)：課下通過收集有關(guān)水能和風(fēng)能的資料，下節(jié)課時(shí)進(jìn)行交流匯報(bào)。3.課堂小結(jié)（1）能：能夠?qū)ν庾龉Φ奈矬w具有能。（2）動(dòng)能：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能，其大小與質(zhì)量和速度相關(guān)。（3）重力勢(shì)能：物體由于被舉高而具有的能，其大小與質(zhì)量和被舉高的高度有關(guān)。（4）彈性勢(shì)能：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能，其大小與彈性形變量有關(guān)。（5）機(jī)械能：動(dòng)能和勢(shì)能的統(tǒng)稱。（6）機(jī)械能守恒：在只有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的過程中，機(jī)械能的總量保持不變。4.小練習(xí)（1）蹦床運(yùn)動(dòng)員離開蹦床彈向空中的過程中，運(yùn)動(dòng)員的（）A．動(dòng)能減小，重力勢(shì)能增大 B．動(dòng)能增大，重力勢(shì)能增大C．動(dòng)能減小，重力勢(shì)能減小 D．動(dòng)能增大，重力勢(shì)能減小（2）如圖10-1-1所示，游樂場(chǎng)中，從高處A到水面B處有兩條長(zhǎng)度相等的光滑軌道。體重不同的甲、乙兩小孩沿著不同軌道同時(shí)從A處自由滑向B處，若不計(jì)空氣阻力，下列說法中正確的是（）圖圖10-1-1甲AB乙A．甲、乙在下滑過程中所受重力做功相等B．甲從A到B，重力勢(shì)能一定減小C．甲、乙在下滑過程中機(jī)械能守恒D．甲、乙到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能相同（3）在“探究物體的動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，同學(xué)們做了如圖10-1-2所示三個(gè)實(shí)驗(yàn)，將小球沿著同一斜面由靜止釋放，并與同一水平面上的同一木塊相碰，木塊在水平面上移動(dòng)一段距離后靜止。請(qǐng)回答下列問題：hhh2hABAm2mm圖10-1-2甲乙丙CCCeq\o\ac(○,1)實(shí)驗(yàn)中所探究的“物體的動(dòng)能”是指（選填“小球”或“木塊”）在（選填“A”“B”或“C”）位置的動(dòng)能；eq\o\ac(○,2)由實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)（選填“甲”“乙”或“丙”）可知：物體的動(dòng)能大小與物體的速度大小有關(guān)。五、教學(xué)反思本節(jié)嘗試采用了小組合作的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生的活動(dòng)多，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性高。教師將課堂的時(shí)間盡最大可能還給了學(xué)生，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和學(xué)習(xí)過程。積極、主動(dòng)的學(xué)習(xí)情感有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)。在各環(huán)節(jié)的教學(xué)中，力圖通過一系列的問題，啟發(fā)學(xué)生思考、討論、交流，促使學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)、自己去總結(jié)，主動(dòng)地去建構(gòu)知識(shí)。在教學(xué)中有意識(shí)地滲透研究問題的方法，如控制變量法、轉(zhuǎn)換法等。在每個(gè)概念建立起來以后，都再次組織了引導(dǎo)學(xué)生舉例