《机械能守恒定律》教学设计

《机械能守恒定律》教学设计河南省息县第一高级中学陆中兴一、教材分析机械能守恒定律一节的内容与本章的各节内容有紧密的逻辑关系，是全章知识链中重要的一环．机械能守恒定律的探究既建立在前面所学知识的基础上，又是普遍的能量守恒定律的一种特殊情况，是高中学生对能量转化和守恒的启蒙，机械能守恒定律起着承前启后的作用，是必须牢固掌握的一个重要规律。教材开始通过“演示”小实验，联系第一节中追寻守恒量．通过多个具体实例，先猜测动能和势能的相互转化的关系，引出对机械能守恒定律及守恒条件的探究，联系重力势能和重力做功及弹性势能与弹力做功的关系的学习，由定性分析到定量计算，逐步深入，最后得出结论，并通过应用使学生领会机械能守恒定律在解决实际问题时的优越性。在教学设计时，要根据教材内在的逻辑关系和学生认知的发展规律来设计教学活动的基本流程，力求达到最优化的组合。本设计力图通过生活实例和物理实验,展示相关情景，激发学生的求知欲，引出对机械能守恒定律的探究,体现从“生活走向物理”的理念,通过建立物理模型,由浅入深进行探究,让学生领会科学的研究方法,并通过规律应用巩固知识,体会物理规律对生活实践的作用，同时通过学习体验探究物理规律的一种手段──理想实验研究方法。二、教学目标（一）知识与技能1、知道什么是机械能，理解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和适用条件；3、会判定具体问题中机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律分析实际问题。（二）过程与方法1、学习从物理现象分析、推导机械能守恒定律及适用条件的研究方法；2、初步掌握运用能量转化和守恒来解释物理现象及分析问题的方法。（三）情感、态度与价值观1．通过对机械能守恒定律的探究，体验理想实验是探究物理规律的一种重要方法和手段，激发学习的积极性、能动性。2．通过将科学技术与物理课堂结合，提高自身做物理实验的科学素养。3．在运用机械能守恒定律解决实际问题的过程中，体验学有所得的快乐，并感悟物理与社会生活的紧密联系。三、教学重点1、机械能守恒定律的推导与建立，以及机械能守恒定律含义的理解；2、机械能守恒定律的条件和机械能守恒定律的实际应用。四、教学难点1、机械能守恒的条件及对机械能守恒定律的理解。2、正确分析物体系统内所具有的机械能，判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。五、教学方法启发、探究、推理、归纳、讨论、练习以实验为载体，应用现代化教学手段，多种教学方法相结合是实现本课三维目标的保证。六、教学器材细线钢球木球带标尺的铁架台弹簧振子七、教学设计思路本节课采用“情景引入──探究实验──验证结论──条件归纳──应用和小结”的教学流程：从过山车模型中发现动能和重力势能可以相互转化，提问在转化过程中动能和重力势能的总量（机械能）是否相等，进而引出探究的主题；引导学生通过斜面实验现象和实验数据（图象），猜想、讨论、分析、推导出机械能守恒定律，从方法论上影响学生；之后运用已学的理论知识动能定理验证结论，将理论和实验推理很好的相结合；在条件讨论过程中设计多个情景，通过不同情况下让学生寻找力做功的共性，师生互动讨论归纳出机械能守恒的条件；最后运用提桶碰鼻实验来判断学生知识掌握的程度。本设计要突出的重点是：运用理想实验探究机械能守恒定律。在实验探究当中，选择多个摩擦程度不同的斜面，让小车受到的摩擦力逐渐减小，观察出这个过程中小车机械能的一个变化趋势，最终推导出摩擦力为零的情况。通过模拟物理学家伽利略研究斜面实验时采用的理想实验方法，以可靠的实验事实为基础，突出主要因素，忽略次要因素，通过抽象思维得出机械能守恒。让学生在探究、推理过程中得出结论，有利于培养学生的推理能力、分析归纳能力和探索发现能力，领悟理想研究方法。本设计要突破的难点是：机械能守恒的条件是只有重力做功。首先引导学生想到能的变化是与力做功有密切关系的，而后考察摩擦力做功、拉力做功等情况下机械能不守恒的原因，寻找力做功的共性，即只有重力做功。通过师生互动思维探究过程，深刻领会到物理学科的严谨性和流畅性，感受物理之美。媒体设计思想：触摸式白板软件是一种新型的教学软件，它具有很强的交互性和动态直观性，便于思维的形成。同时通过对DIS光电门传感器的使用，学习运用DIS解决物理问题。八、教学过程(一)引入新课(5分钟)课的开头，我安排了“碰鼻”演示，装置很简单，效果却不错。取约二米长的线绳系在教室天花板上，下端拴一铁球。演示时，请学生中的“勇敢”者上来，让绳拴着的铁球偏离平衡位置，恰好能碰到参与者的鼻子，这时释放铁球，当铁球返回时，不管是下面的参观者还是上面的参观者都十分紧张，而铁球却在刚要碰到参观者的鼻子时嘎然而止，参与者安然无恙。这时学生很自然想：这是为什么？是不是与前面学到动能与势能有关？这时教师可以适当复习以下内容，为后面知识做铺垫。师：本章中我们学习了哪几种形式的能？它们各是如何定义的？它们的大小各由什么决定？生：本章我们学习了以下几种能：动能、重力势能、弹性势能。(二)新课教学师：不同形式的能量是否可以发生转化？若能，谁能举例说明物体运动过程中这些能量的转化情况？举例说明自由落体和竖直上抛的物体动能和势能的转化。（教师投影展示实例，以增强学生学习的兴趣，减小问题的抽象性。）演示实验2：自由落体运动．在演示实验的同时与学生一起分析：物体在自由下落过程中，高度越来越小，速度越来越大，也即物体的重力势能减小，动能增大，这时重力势能转化为动能．演示实验3：竖直上抛运动．分析：物体在上升过程中，重力势能增大，动能减小，这时动能转化为重力势能．物体在下降过程中，重力势能减小，动能增大，这时重力势能又转化为动能．演示实验4：重物＂自动＂上坡运动．请学生仔细观察图1所示的实验现象，讨论重物为什么会＂自动＂上坡．认真观察实验的同学会得出：表面上看似重物上坡，而实际上在这个过程中，物体的重心却是下降的，所以在此过程中，重心的高度还是越来越低，速度越ABO图11111来越大，即物体的重力势能减小，动能增大，还是重力势能转化为动能．（前三个演示实验教师引导学生一起分析，后三个演示实验主要以学生观察分析为主）演示实验5：单摆在平衡位置两侧的摆动．演示实验6：水平方向的弹簧振子（未讲振动，不必给出弹簧振子名称，只需讲清系统特点即可）在平衡位置两侧的振动．演示实验7：翻滚＂过山车＂的实验，装置如图2所示．教师依次在演示以上三个实验的过程中，学生注意观察并回答物体在运动中动能和势能（演示4、5两个实验中，要注意是动能和弹性势能之间的相互转化）的变化情况．教师归纳并作板书：一、动能与势能的相互转化物体在运动过程中，随着动能增大，物体的势能减小；反之，随着动能减小，物体的势能增大，动能和势能之间是可以相互转化的．师：动能、重力势能、弹性势能属于力学范畴，统称为机械能，在上述实例中物体在任一位置处的动能和势能的总量即机械能是否发生变化？下面我们就来研究有关机械能的问题。点评：教师精心的“创设情境，设疑引思”，再加上学生参与了整个演示实验过程，激发了他们的好奇心和探索欲望，充分调动了学生的积极性和主动性。（实验探究）演示实验8下边我们来做一个实验：教师先介绍实验装置如图所示：师：把钢球拉到A点，然后放开。猜想：钢球能摆多高？如何确定钢球的高度？生：把铁架台上的标尺水平放置就知道钢球比A点摆的高低。师：谁愿意来验证一下你的猜想？学生主动到前面去做实验，观察并得到：小球摆动到右侧时的位置和位置A点等高。师：把球同样拉到A点，在O点用尺子挡一下观察小球摆动到右侧时的位置，并比较该位置和释放点A那点位置高？AACC图2学生做完实验，观察并得到同样的结论。师：为什么每次小球都能摆到与A点等高？从能量的角度如何解释？[探究]小钢球在摆动过程中机械能是否变化？观察并思考：小球受力情况如何？各力做功情况如何？这个实验说明了什么问题？生：忽略空气阻力，小球只受重力和绳的拉力的作用，拉力和速度方向总垂直，对小球不做功；只有重力对小球做功。实验证明：小球在摆动过程中动能和重力势能不断转化，小球又总能回到原来的高度，可见，小球的动能和重力势能的总和保持不变即机械能保持不变。点评：教师在这里适时的做了“启发点拨，引导猜想”。并在教师的引导下，学生通过自己的动手、动脑，进行了“自主探究，验证假设”。通过让学生亲自去探索实践，充分发挥了学生的主体作用和教师的主导作用。师：如何从理论上证明你的观点？学生自主推导结论，教师巡视指导，投影学生的推导过程，和学生一起点评。师：若把钢球换成木球，机械能还保持不变吗？生：不能，因为木球太轻，空气对木球的阻力不能忽略。阻力对小球作负功，机械能减小。师：自由落体和竖直上抛运动中的物体，机械能是否也保持不变？从以上实例中你得到什么结论。生：自由落体和竖直上抛运动中的物体，机械能也保持不变。只有重力做功的系统内，只有动能和重力势能发生相互转化,在转化中系统总的机械能保持不变。点评：理论与实践相结合，使实验结论更有可信度，同时也锻炼了学生的理论推理能力。师：如果动能和弹性势能发生相互转化，它们的机械能不变吗？演示实验9师：根据刚才分析钢球的方法，分析这个实验。你又能得到什么结论？学生自主探究并得出结论：在只有弹力做功的系统内，只有动能和弹性势能发生相互转化，在转化中系统总的机械能保持不变。师：结合以上实例，谁能把刚才得到的结论完整的叙述一下？生：在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能相互转化，但机械能的总量保持不变。教师归纳并板书：二、机械能守恒定律：师：在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能相互转化，但机械能的总量保持不变。这就是机械能守恒定律。师：机械能守恒定律的表达式怎么写？生：表达式：1212222121mghmvmghmv1122PkPKEEEE点评：实验二的设计思路与实验一基本相同，目的是让学生掌握一定的分析问题和解决问题的方法。教师的穷追不舍，设置疑问，也进一步激发了学生的探究意识和学习欲望。通过学生的“归纳整理，发现知识”，使知识条理化、系统化，从而加深了对定律的理解。[讨论]：1、机械能守恒定律的条件是什么？2、只有重力做功或弹力做功与物体只受重力或弹力有什么不同？3、若还受其它力的作用，机械能一定不守恒吗？生：1、机械能守恒定律的条件：只有重力或弹力做功生：2、所谓的只有重力做功，包括两种情况：第一种情况：物体只受重力，不受其他的力。第二种情况：物体除重力外还受其他的力，但其他力不做功。而物体只受重力仅包括一种情形。生：所谓只有弹力做功，包括以下两种情况：第一种情况：物体只受弹力作用，不受其他的力；第二种情况：物体除受弹力外还受其他的力，但其他的力不做功。点评：学生的交流讨论不仅会加深对知识的理解，也是学生主动学习、探究学习、合作学习的很好体现。(三)课堂反馈练习1.跳伞员利用降落伞在空气中匀速下落1.下列实例中（除1.外都不计空气阻力），哪些情况机械能是守恒的？说明理由。2.抛出的手榴弹在空中运动3.用绳拉着一个物体沿着光滑的斜面匀速上升4.在光滑水平面上运动的小球碰到一个弹簧，把弹簧压缩后，又被弹回来.5.用细绳拴着一个小球，使小球在竖直平面内做圆周运动.v2．质量为m的小球，从离桌面H高处由静止自由下落，桌面离地面高为h，设桌面处的重力势能为零，则小球落地时的机械能为（）A．mgHB．mghC.mg(H+h)D.mg(H-h)3、一个人站在阳台上，以相同的速率v0分别把三个球竖直向下抛出、竖直向上抛出、水平抛出，不计空气阻力，则三球落地时的速度（）A．上抛最大B．下抛最大C．平抛最大D．三球一样大4．把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆（如图），摆长为l，HhAmgHBmghCmg(H+h)Dmg(H-h)2.质量为m的小球,从离桌面H高处由静止自由下落,桌面离地面高为h,设桌面处的重力势能为零,则小球落地时的机械能为4.把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆（如图），摆长为l,最大偏角为θ.小球运动到最低位置时的速度是多大？4.把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆（如图），摆长为l,最大偏角为θ