84機(jī)械能守恒定律教學(xué)設(shè)計(jì)-高一下學(xué)期物理人教版3

機(jī)械能守恒定律【設(shè)計(jì)思想】本設(shè)計(jì)力圖通過生活實(shí)例和物理實(shí)驗(yàn),展示相關(guān)情景，激發(fā)學(xué)生的求知欲，引出對機(jī)械能守恒定律的探究,體現(xiàn)“從生活走向物理”的理念，注重引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)規(guī)律的探究過程。通過建立物理模型,由淺入深進(jìn)行探究,讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)科學(xué)的研究方法,并通過規(guī)律應(yīng)用鞏固知識,初步掌握運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化和守恒來解釋物理現(xiàn)象及分析問題的方法，體會(huì)科學(xué)探究中的守恒思想，體會(huì)物理規(guī)律對生活實(shí)踐的作用，形成科學(xué)價(jià)值觀。【教學(xué)目標(biāo)】1.物理觀念：通過探究機(jī)械能守恒定律涉及到的運(yùn)動(dòng)模型（擺的運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)等）幫助學(xué)生強(qiáng)化已有的運(yùn)動(dòng)觀念；通過實(shí)驗(yàn)探究機(jī)械能守恒定律，幫助學(xué)生建立正確的能量觀念。2.科學(xué)思維：通過引導(dǎo)學(xué)生將機(jī)械能守恒從自由落體運(yùn)動(dòng)、擺的運(yùn)動(dòng)等特殊的運(yùn)動(dòng)形式推廣到一般的運(yùn)動(dòng)形式，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)推理的思維。3.科學(xué)探究：通過實(shí)驗(yàn)探究過程促進(jìn)學(xué)生交流合作，提高團(tuán)隊(duì)意識和科學(xué)探究能力。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過能量守恒的教學(xué)，使學(xué)生樹立科學(xué)觀念，理解和運(yùn)用自然規(guī)律解決實(shí)際問題，形成將物理知識應(yīng)用于生活實(shí)踐的科學(xué)態(tài)度?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1.機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)與建立，以及機(jī)械能守恒定律含義的理解；2.機(jī)械能守恒定律的條件和機(jī)械能守恒定律的實(shí)際應(yīng)用?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】1.機(jī)械能守恒的條件及對機(jī)械能守恒定律的理解。2.能正確分析系統(tǒng)內(nèi)所具有的機(jī)械能，判斷研究對象在所經(jīng)歷的過程中機(jī)械能是否守恒?！窘虒W(xué)資源】1．DIS演示實(shí)驗(yàn)1套（計(jì)算機(jī)、機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)器、數(shù)據(jù)采集器、光電門傳感器、導(dǎo)線若干）。2．演示實(shí)驗(yàn)：小球，小車2輛。3．課件：教育101PPT。4．軟件：DIS6.9實(shí)驗(yàn)軟件。5．?！窘虒W(xué)設(shè)計(jì)思路】環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道什么是機(jī)械能，理解物體動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，建立正確的能量觀念。2.通過理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)探究，理解機(jī)械能守恒定律，體會(huì)守恒觀念對認(rèn)識物理規(guī)律的重要性。3.能用機(jī)械能守恒定律分析生活和生產(chǎn)中的有關(guān)問題，形成將物理知識應(yīng)用于生活實(shí)踐的科學(xué)態(tài)度?？磳W(xué)案明確本節(jié)課的目標(biāo)讓學(xué)生帶著目標(biāo)進(jìn)入新課學(xué)習(xí)情境引入挑戰(zhàn)：“碰鼻尖”游戲說明游戲規(guī)則，請一位同學(xué)挑戰(zhàn)，一位同學(xué)提住細(xì)繩協(xié)助，不能晃動(dòng)，開始表演引入新課：同學(xué)們想不想知道為什么小球不會(huì)碰到鼻尖？通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)來尋找答案參與挑戰(zhàn)活動(dòng)，觀看表演，思考：為什么沒有碰鼻的危險(xiǎn)創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)入新課伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)追尋守恒量過渡：早在400多年前，伽利略在研究斜面上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)除了告訴我們物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持，他還發(fā)現(xiàn)改變斜面的傾角，小球會(huì)到達(dá)相同的高度，在運(yùn)動(dòng)過程中好像“記得”自己起始的高度介紹物理學(xué)史：在物理學(xué)中尋求守恒量已經(jīng)成為物理學(xué)研究的一種重要思想方法。但遺憾的是伽利略年代還沒有能量的概念，所以他沒有繼續(xù)進(jìn)行深入研究。今天我們已經(jīng)有了能量的概念，讓我們一起來研究一下物體在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，能量是如何進(jìn)行轉(zhuǎn)換的?；卮饐栴}：斜面上的小球在運(yùn)動(dòng)過程中好像“記得”自己起始的高度（或與高度相關(guān)的某個(gè)量）。讓學(xué)生了解物理學(xué)史，體會(huì)守恒思想的重要性魔法小車實(shí)驗(yàn)過渡：老師這里有兩輛小車，外觀質(zhì)量幾乎相同。將兩輛小車從同一高度由靜止釋放，請同學(xué)們仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象請這位同學(xué)除掉圓筒外殼，顯示出內(nèi)部結(jié)構(gòu)引導(dǎo)學(xué)生解釋有橡皮筋的小車為什么跑的慢，為什么到桌面上還發(fā)生倒退現(xiàn)象。播放視頻，描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象其中一輛小車其中一輛小車內(nèi)部有橡皮筋，跑的慢還發(fā)生倒退解釋原因：下滑過程中，沒有橡皮筋的小車重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，有橡皮筋的小車重力勢能除了轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，還有一部分轉(zhuǎn)化為了彈性勢能，上滑過程中，彈性勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和重力勢能通過小實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的求知欲，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。通過物體運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能、重力勢能、彈性勢能的轉(zhuǎn)化引入機(jī)械能的概念，學(xué)生更容易接受機(jī)械能過渡：小車的動(dòng)能、重力勢能及橡皮筋的彈性勢能，他們都是與物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)相關(guān)的能量，所以把這三種能量統(tǒng)稱為機(jī)械能，他們之間是可以互相轉(zhuǎn)化的。引導(dǎo)學(xué)生說出機(jī)械能表達(dá)式，及機(jī)械能性質(zhì)，幫助學(xué)生建構(gòu)機(jī)械能的概念老師引導(dǎo)下回答問題板書：1.概念：動(dòng)能、重力勢能、彈性勢能的統(tǒng)稱，總機(jī)械能為動(dòng)能和勢能之和.2.表達(dá)式：3.性質(zhì)：機(jī)械能具有相對性建構(gòu)機(jī)械能的概念動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化機(jī)械運(yùn)動(dòng)在生活中隨處可見，請同學(xué)們分析以下幾種情況下能量是如何進(jìn)行轉(zhuǎn)化的？不考慮阻力時(shí)溜滑梯的小朋友，上升過程的籃球，弓將箭發(fā)生出去的過程，動(dòng)能和勢能互相轉(zhuǎn)化充斥在我們的生活中，請同學(xué)們思考能量之間的轉(zhuǎn)化是通過什么來實(shí)現(xiàn)的呢？轉(zhuǎn)化過程遵循什么規(guī)律呢？大膽猜想一下他們之間具有什么樣的定量關(guān)系呢？分析能量的相互轉(zhuǎn)化重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能彈性勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能提出問題回答：做功實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化猜想：動(dòng)能的變化量與勢能的變化量在數(shù)量上相等機(jī)械能不變讓學(xué)生感受物理從生活中來，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)。機(jī)械能守恒定律理論推導(dǎo)首先以直線運(yùn)動(dòng)為例從理論上探究小球做自由落體時(shí)，重力勢能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化過程中的定量關(guān)系情景設(shè)置：質(zhì)量為m的物體自由下落過程中經(jīng)過高度h1的A點(diǎn)速度v1，高度h2的B點(diǎn)時(shí)速度為v2，以地面為參考面。試分析物體由A到B過程中力做功情況和能量轉(zhuǎn)化情況，推導(dǎo)并找出守恒量挑選幾個(gè)小組推導(dǎo)過程進(jìn)行投屏，讓學(xué)生分析自己的推導(dǎo)過程點(diǎn)評并總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生分析小球運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化關(guān)系，通過分析表達(dá)式的對稱性，尋找不變量，得出結(jié)論引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論探究小球做自由落體時(shí)動(dòng)能和勢能轉(zhuǎn)化過程中的定量關(guān)系任務(wù)：理論推導(dǎo)并找出守恒量，得出結(jié)論推導(dǎo)讓學(xué)生體驗(yàn)理論推導(dǎo)過程，培養(yǎng)學(xué)生理論探究能力機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過渡：實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，接下來我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。以曲線運(yùn)動(dòng)為例通過實(shí)驗(yàn)探究能和重力勢能轉(zhuǎn)化中所遵循的規(guī)律介紹實(shí)驗(yàn)器材：機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)器、光電門傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)中需要測定擺錘在擺動(dòng)過程中任意時(shí)刻的動(dòng)能和勢能，遮光寬度和擺錘質(zhì)量是系統(tǒng)默認(rèn)，不需輸入，釋放電荷光電門的位置是可以改變的引導(dǎo)學(xué)生分組討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn),采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。做完實(shí)驗(yàn)后，讓各組學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行交流并發(fā)言。引導(dǎo)學(xué)生討論誤差來源總結(jié)結(jié)論：比較上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果中各位置的機(jī)械能（在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi)），機(jī)械能的總量______________小組討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄縿?dòng)能和重力勢能轉(zhuǎn)化中所遵循的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)原理：分別測定擺錘在擺動(dòng)過程中任意時(shí)刻的動(dòng)能和勢能，研究機(jī)械能的總量有什么特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)步驟1

打開進(jìn)入物理專用軟件“研究機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)；2

實(shí)驗(yàn)器擺錘直徑

d

及其質(zhì)量

m，系統(tǒng)默認(rèn)，不需輸入；3利用測平器準(zhǔn)確定位裝置，將擺錘重心位置固定在實(shí)驗(yàn)器主板的

A

點(diǎn)，光電門的擋光孔固定在

D

點(diǎn)；4單擊“開始記錄”，在

A

點(diǎn)釋放擺錘，擺錘通過光電門傳感器的速度被記錄在表格中；5、單擊“數(shù)據(jù)計(jì)算”，得到擺錘在

D

時(shí)的動(dòng)能、勢能和機(jī)械能值；6、保持?jǐn)[錘釋放位置（A

點(diǎn)）不變，分別調(diào)整光電門的位置到

C、B

兩點(diǎn)，重復(fù)上述步驟。注意事項(xiàng)1.按住鐵架臺和實(shí)驗(yàn)器不動(dòng)，光電門的擋光孔對準(zhǔn)各點(diǎn)中心線2.重錘擺過光電門后用手接住，阻止擺錘回?cái)[，一次實(shí)驗(yàn)后將擺球放入A處吸住3.實(shí)驗(yàn)過程中可以點(diǎn)擊“清除本次數(shù)據(jù)”重新操作展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行交流并發(fā)言分析實(shí)驗(yàn)誤差：空氣阻力、儀器晃動(dòng)等得出結(jié)論：通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)擺錘在運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化時(shí)，動(dòng)能和重力勢能相加幾乎是定值。利用DIS實(shí)驗(yàn)直觀快速地獲取數(shù)據(jù)，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)物理的積極性培養(yǎng)學(xué)生尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)、重視數(shù)據(jù)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度歸納總結(jié)機(jī)械能守恒條件請學(xué)生分組討論：從受力和做功兩個(gè)角度歸納總結(jié)出機(jī)械能守恒的條件提問：物體只有重力做功和只受重力是不是等價(jià)的？引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論分組討論得出結(jié)論：在只有重力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和重力勢能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力合理外推過渡：我們知道勢能除了包括重力勢能還有彈性勢能。提問：光滑水平面上彈簧一端固定，一端連小球，彈性勢能的變化與彈力做功具有什么關(guān)系？同理得到結(jié)論：在只有彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和彈性勢能相互轉(zhuǎn)化時(shí)總的機(jī)械能保持不變。學(xué)生分析只有彈簧彈力做功時(shí)的能量轉(zhuǎn)化O,彈簧壓縮，彈簧彈力做正功，彈性勢能減少，動(dòng)能增加O,彈簧伸長，彈簧彈力做負(fù)功，彈性勢能增加，動(dòng)能減少培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用類比分析、合理外推的能力機(jī)械能守恒定律內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生概括機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容、條件、表達(dá)式課堂練習(xí)：判斷機(jī)械能是否守恒跟隨老師構(gòu)建機(jī)械能守恒的內(nèi)容、條件、表達(dá)式不是，小擺球除了受重力還受拉力，但拉力不做功加深理解，構(gòu)建自己的知識網(wǎng)絡(luò)學(xué)以致用1.請同學(xué)們利用本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容解釋一開始的碰鼻尖實(shí)驗(yàn)：為什么小球碰不到鼻尖？總結(jié)點(diǎn)評：小球如果機(jī)械能守恒也只會(huì)回到鼻尖的位置，更何況還有空氣阻力，機(jī)械能有損耗。即使在運(yùn)動(dòng)過程中加釘子有阻礙，仍能到達(dá)原來的高度。如果用塑料小球，克服阻力做功，不能到達(dá)原來的高度。鼓勵(lì)學(xué)生以后也成為一個(gè)勇敢而自信、敢于挑戰(zhàn)的人。2.請同學(xué)們化身小小工程師解決實(shí)際問題例：隨著人類能源消耗的迅速增加，如何節(jié)約能源，有效地提高能量利用率是人類所面臨的一項(xiàng)重要任務(wù).車輛進(jìn)站的時(shí)候需要?jiǎng)x車減速，造成了能量的損耗，請你從節(jié)約能源的角度為上海“明珠線”某輕軌車站設(shè)計(jì)一個(gè)方案，并分析這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。補(bǔ)充：相對于普通火車軌道而言,“明珠線”在城市內(nèi)部,不允許有較大的起步和剎車距離,所以更需題圖的設(shè)計(jì)

如果電車到達(dá)A點(diǎn)便切斷電源，不考慮電車所受的摩擦力，則機(jī)械能守恒做全面和歷史地評價(jià)：機(jī)械能守恒定律是力學(xué)中的一條重要規(guī)律，又是更普遍的能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的一個(gè)特例。深入地理解它和準(zhǔn)確而又靈活地運(yùn)用它解決實(shí)際問題將是我們今后的主要任務(wù)。希望同學(xué)們將來能用所學(xué)知識服務(wù)于社會(huì)，報(bào)效國家挑戰(zhàn)同學(xué)自信，掌握了機(jī)械能守恒定律設(shè)計(jì)方案：與站臺連結(jié)的軌道設(shè)計(jì)一個(gè)小的坡度.①列車進(jìn)站時(shí),利用上坡使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能,減少因?yàn)閯x車而損耗的機(jī)械能

②列車出站時(shí)利用下坡把儲(chǔ)存的重力勢能又轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,起到節(jié)能作用

回扣上課一開始的情境導(dǎo)入，加深學(xué)生對機(jī)械能守恒定律的理解，物理來源于生活，應(yīng)用于生活，使學(xué)生樹立節(jié)能意識，理解和運(yùn)用自然規(guī)律解決實(shí)際問題，形成將物理知識應(yīng)用于生活實(shí)踐的科學(xué)態(tài)度。強(qiáng)調(diào)機(jī)械能守恒定律的重要性小結(jié)引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容或方法幫助學(xué)生建立知識點(diǎn)框架?？偨Y(jié)自己的收獲與體會(huì)培養(yǎng)學(xué)生合作、自主總結(jié)和歸納的技能與方法。結(jié)束語人生跌宕起伏，積蓄能量，方能逆勢而上。能量是守恒的，堅(jiān)信付出必定會(huì)有回報(bào)！【導(dǎo)學(xué)案】機(jī)械能守恒定律一、機(jī)械能1.概念2.表達(dá)式：3.性質(zhì)：提出問題：探究動(dòng)能和勢能轉(zhuǎn)化過程遵循什么規(guī)律猜想：理論探究：自由落體，推導(dǎo)并找出守恒量實(shí)驗(yàn)探究：擺錘豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)器材：機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)器、光電門傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)方案：實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);誤差分析：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：合理外推：注意事項(xiàng)：1.按住鐵架臺和實(shí)驗(yàn)器不動(dòng)，光電門的擋光孔