《機(jī)械能守恒定律》教學(xué)設(shè)計

1、機(jī)械能守恒定律教學(xué)設(shè)計河南省息縣第一高級中學(xué) 陸中興一、教材分析機(jī)械能守恒定律一節(jié)的內(nèi)容與本章的各節(jié)內(nèi)容有緊密的邏輯關(guān)系，是全章知識鏈中重要的一環(huán)機(jī)械能守恒定律的探究既建立在前面所學(xué)知識的基礎(chǔ)上，又是普遍的能量守恒定律的一種特殊情況，是高中學(xué)生對能量轉(zhuǎn)化和守恒的啟蒙，機(jī)械能守恒定律起著承前啟后的作用，是必須牢固掌握的一個重要規(guī)律。教材開始通過“演示”小實驗，聯(lián)系第一節(jié)中追尋守恒量通過多個具體實例，先猜測動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，引出對機(jī)械能守恒定律及守恒條件的探究，聯(lián)系重力勢能和重力做功及彈性勢能與彈力做功的關(guān)系的學(xué)習(xí)，由定性分析到定量計算，逐步深入，最后得出結(jié)論，并通過應(yīng)用使學(xué)生領(lǐng)會機(jī)械能

2、守恒定律在解決實際問題時的優(yōu)越性。在教學(xué)設(shè)計時，要根據(jù)教材內(nèi)在的邏輯關(guān)系和學(xué)生認(rèn)知的發(fā)展規(guī)律來設(shè)計教學(xué)活動的基本流程，力求達(dá)到最優(yōu)化的組合。本設(shè)計力圖通過生活實例和物理實驗,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,通過建立物理模型,由淺入深進(jìn)行探究,讓學(xué)生領(lǐng)會科學(xué)的研究方法,并通過規(guī)律應(yīng)用鞏固知識,體會物理規(guī)律對生活實踐的作用，同時通過學(xué)習(xí)體驗探究物理規(guī)律的一種手段理想實驗研究方法。二、教學(xué)目標(biāo)（一）知識與技能1、知道什么是機(jī)械能，理解物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化；2、理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容和適用條件；3、會判定具體問題中機(jī)械能是否守恒，能運

3、用機(jī)械能守恒定律分析實際問題。（二）過程與方法1、學(xué)習(xí)從物理現(xiàn)象分析、推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律及適用條件的研究方法；2、初步掌握運用能量轉(zhuǎn)化和守恒來解釋物理現(xiàn)象及分析問題的方法。（三）情感、態(tài)度與價值觀1通過對機(jī)械能守恒定律的探究，體驗理想實驗是探究物理規(guī)律的一種重要方法和手段，激發(fā)學(xué)習(xí)的積極性、能動性。2通過將科學(xué)技術(shù)與物理課堂結(jié)合，提高自身做物理實驗的科學(xué)素養(yǎng)。3在運用機(jī)械能守恒定律解決實際問題的過程中，體驗學(xué)有所得的快樂，并感悟物理與社會生活的緊密聯(lián)系。三、教學(xué)重點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)械能守恒定律的實際應(yīng)用。四、教學(xué)難點1、

4、機(jī)械能守恒的條件及對機(jī)械能守恒定律的理解。2、正確分析物體系統(tǒng)內(nèi)所具有的機(jī)械能，判斷研究對象在所經(jīng)歷的過程中機(jī)械能是否守恒。五、教學(xué)方法 啟發(fā) 、探究 、推理、歸納、討論 、練習(xí)以實驗為載體，應(yīng)用現(xiàn)代化教學(xué)手段，多種教學(xué)方法相結(jié)合是實現(xiàn)本課三維目標(biāo)的保證。六、教學(xué)器材細(xì)線 鋼球 木球 帶標(biāo)尺的鐵架臺 彈簧振子七、教學(xué)設(shè)計思路本節(jié)課采用“情景引入探究實驗驗證結(jié)論條件歸納應(yīng)用和小結(jié)”的教學(xué)流程：從過山車模型中發(fā)現(xiàn)動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化，提問在轉(zhuǎn)化過程中動能和重力勢能的總量（機(jī)械能）是否相等，進(jìn)而引出探究的主題；引導(dǎo)學(xué)生通過斜面實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)（圖象），猜想、討論、分析、推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律，

5、從方法論上影響學(xué)生；之后運用已學(xué)的理論知識動能定理驗證結(jié)論，將理論和實驗推理很好的相結(jié)合；在條件討論過程中設(shè)計多個情景，通過不同情況下讓學(xué)生尋找力做功的共性，師生互動討論歸納出機(jī)械能守恒的條件；最后運用提桶碰鼻實驗來判斷學(xué)生知識掌握的程度。本設(shè)計要突出的重點是：運用理想實驗探究機(jī)械能守恒定律。在實驗探究當(dāng)中，選擇多個摩擦程度不同的斜面，讓小車受到的摩擦力逐漸減小，觀察出這個過程中小車機(jī)械能的一個變化趨勢，最終推導(dǎo)出摩擦力為零的情況。通過模擬物理學(xué)家伽利略研究斜面實驗時采用的理想實驗方法，以可靠的實驗事實為基礎(chǔ)，突出主要因素，忽略次要因素，通過抽象思維得出機(jī)械能守恒。讓學(xué)生在探究、推理過程中得出

6、結(jié)論，有利于培養(yǎng)學(xué)生的推理能力、分析歸納能力和探索發(fā)現(xiàn)能力，領(lǐng)悟理想研究方法。本設(shè)計要突破的難點是：機(jī)械能守恒的條件是只有重力做功。首先引導(dǎo)學(xué)生想到能的變化是與力做功有密切關(guān)系的，而后考察摩擦力做功、拉力做功等情況下機(jī)械能不守恒的原因，尋找力做功的共性，即只有重力做功。通過師生互動思維探究過程，深刻領(lǐng)會到物理學(xué)科的嚴(yán)謹(jǐn)性和流暢性，感受物理之美。媒體設(shè)計思想：觸摸式白板軟件是一種新型的教學(xué)軟件，它具有很強(qiáng)的交互性和動態(tài)直觀性，便于思維的形成。同時通過對DIS光電門傳感器的使用，學(xué)習(xí)運用DIS解決物理問題。八、教學(xué)過程(一)引入新課(5分鐘)ABO課的開頭，我安排了“碰鼻”演示，裝置很簡單，效果卻

7、不錯。取約二米長的線繩系在教室天花板上，下端拴一鐵球。演示時，請學(xué)生中的“勇敢”者上來，讓繩拴著的鐵球偏離平衡位置，恰好能碰到參與者的鼻子，這時釋放鐵球，當(dāng)鐵球返回時，不管是下面的參觀者還是上面的參觀者都十分緊張，而鐵球卻在剛要碰到參觀者的鼻子時嘎然而止，參與者安然無恙。這時學(xué)生很自然想：這是為什么？是不是與前面學(xué)到動能與勢能有關(guān)？這時教師可以適當(dāng)復(fù)習(xí)以下內(nèi)容，為后面知識做鋪墊。師：本章中我們學(xué)習(xí)了哪幾種形式的能？它們各是如何定義的？它們的大小各由什么決定？生：本章我們學(xué)習(xí)了以下幾種能：動能、重力勢能、彈性勢能。(二)新課教學(xué)師：不同形式的能量是否可以發(fā)生轉(zhuǎn)化？若能，誰能舉例說明物體運動過程中

8、這些能量的轉(zhuǎn)化情況？舉例說明自由落體和豎直上拋的物體動能和勢能的轉(zhuǎn)化。（教師投影展示實例，以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，減小問題的抽象性。）演示實驗2：自由落體運動在演示實驗的同時與學(xué)生一起分析：物體在自由下落過程中，高度越來越小，速度越來越大，也即物體的重力勢能減小，動能增大，這時重力勢能轉(zhuǎn)化為動能演示實驗3：豎直上拋運動分析：物體在上升過程中，重力勢能增大，動能減小，這時動能轉(zhuǎn)化為重力勢能物體在下降過程中，重力勢能減小，動能增大，這時重力勢能又轉(zhuǎn)化為動能圖11111演示實驗4：重物自動上坡運動請學(xué)生仔細(xì)觀察圖1所示的實驗現(xiàn)象，討論重物為什么會自動上坡認(rèn)真觀察實驗的同學(xué)會得出：表面上看似重物上坡，而

9、實際上在這個過程中，物體的重心卻是下降的，所以在此過程中，重心的高度還是越來越低，速度越來越大，即物體的重力勢能減小，動能增大，還是重力勢能轉(zhuǎn)化為動能（前三個演示實驗教師引導(dǎo)學(xué)生一起分析，后三個演示實驗主要以學(xué)生觀察分析為主）演示實驗5：單擺在平衡位置兩側(cè)的擺動演示實驗6：水平方向的彈簧振子（未講振動，不必給出彈簧振子名稱，只需講清系統(tǒng)特點即可）在平衡位置兩側(cè)的振動演示實驗7：翻滾過山車的實驗，裝置如圖2所示圖2教師依次在演示以上三個實驗的過程中，學(xué)生注意觀察并回答物體在運動中動能和勢能（演示4、5兩個實驗中，要注意是動能和彈性勢能之間的相互轉(zhuǎn)化）的變化情況教師歸納并作板書：一、動能與勢能的相

10、互轉(zhuǎn)化物體在運動過程中，隨著動能增大，物體的勢能減小；反之，隨著動能減小，物體的勢能增大，動能和勢能之間是可以相互轉(zhuǎn)化的師：動能、重力勢能、彈性勢能屬于力學(xué)范疇，統(tǒng)稱為機(jī)械能，在上述實例中物體在任一位置處的動能和勢能的總量即機(jī)械能是否發(fā)生變化？下面我們就來研究有關(guān)機(jī)械能的問題。點評：教師精心的“創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)疑引思”，再加上學(xué)生參與了整個演示實驗過程，激發(fā)了他們的好奇心和探索欲望，充分調(diào)動了學(xué)生的積極性和主動性。（實驗探究）ACAC演示實驗8下邊我們來做一個實驗：教師先介紹實驗裝置如圖所示：師：把鋼球拉到A點，然后放開。猜想：鋼球能擺多高？如何確定鋼球的高度？生：把鐵架臺上的標(biāo)尺水平放置就知道鋼

11、球比A點擺的高低。師：誰愿意來驗證一下你的猜想？學(xué)生主動到前面去做實驗，觀察并得到：小球擺動到右側(cè)時的位置和位置A點等高。師：把球同樣拉到A點，在O點用尺子擋一下觀察小球擺動到右側(cè)時的位置，并比較該位置和釋放點A那點位置高？學(xué)生做完實驗，觀察并得到同樣的結(jié)論。師：為什么每次小球都能擺到與A點等高？從能量的角度如何解釋？探究 小鋼球在擺動過程中機(jī)械能是否變化？觀察并思考：小球受力情況如何？各力做功情況如何？這個實驗說明了什么問題？生：忽略空氣阻力，小球只受重力和繩的拉力的作用，拉力和速度方向總垂直，對小球不做功；只有重力對小球做功。實驗證明：小球在擺動過程中動能和重力勢能不斷轉(zhuǎn)化，小球又總能回到

12、原來的高度，可見，小球的動能和重力勢能的總和保持不變即機(jī)械能保持不變。點評：教師在這里適時的做了“啟發(fā)點撥，引導(dǎo)猜想”。并在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過自己的動手、動腦，進(jìn)行了“自主探究，驗證假設(shè)”。通過讓學(xué)生親自去探索實踐，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用。師：如何從理論上證明你的觀點？學(xué)生自主推導(dǎo)結(jié)論，教師巡視指導(dǎo)，投影學(xué)生的推導(dǎo)過程，和學(xué)生一起點評。師：若把鋼球換成木球，機(jī)械能還保持不變嗎？生：不能，因為木球太輕，空氣對木球的阻力不能忽略。阻力對小球作負(fù)功，機(jī)械能減小。師：自由落體和豎直上拋運動中的物體，機(jī)械能是否也保持不變？從以上實例中你得到什么結(jié)論。生：自由落體和豎直上拋運動中的物

13、體，機(jī)械能也保持不變。只有重力做功的系統(tǒng)內(nèi)，只有動能和重力勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,在轉(zhuǎn)化中系統(tǒng)總的機(jī)械能保持不變。點評：理論與實踐相結(jié)合，使實驗結(jié)論更有可信度，同時也鍛煉了學(xué)生的理論推理能力。師：如果動能和彈性勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，它們的機(jī)械能不變嗎？演示實驗9師：根據(jù)剛才分析鋼球的方法，分析這個實驗。你又能得到什么結(jié)論？學(xué)生自主探究并得出結(jié)論：在只有彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，只有動能和彈性勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化中系統(tǒng)總的機(jī)械能保持不變。師：結(jié)合以上實例，誰能把剛才得到的結(jié)論完整的敘述一下？生：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，物體的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。教師歸納并板書：二、機(jī)械能守恒定

14、律：師：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，物體的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。這就是機(jī)械能守恒定律。師：機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式怎么寫？生：表達(dá)式： 點評：實驗二的設(shè)計思路與實驗一基本相同，目的是讓學(xué)生掌握一定的分析問題和解決問題的方法。教師的窮追不舍，設(shè)置疑問，也進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的探究意識和學(xué)習(xí)欲望。 通過學(xué)生的“歸納整理，發(fā)現(xiàn)知識”，使知識條理化、系統(tǒng)化，從而加深了對定律的理解。討論：1、機(jī)械能守恒定律的條件是什么？2、只有重力做功或彈力做功與物體只受重力或彈力有什么不同？3、若還受其它力的作用，機(jī)械能一定不守恒嗎？生：1、機(jī)械能守恒定律的條件：只有重力或彈力做功生：2、所謂的

15、只有重力做功，包括兩種情況：第一種情況：物體只受重力，不受其他的力。第二種情況：物體除重力外還受其他的力，但其他力不做功。而物體只受重力僅包括一種情形。生：所謂只有彈力做功，包括以下兩種情況：第一種情況：物體只受彈力作用，不受其他的力；第二種情況：物體除受彈力外還受其他的力，但其他的力不做功。點評：學(xué)生的交流討論不僅會加深對知識的理解，也是學(xué)生主動學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)的很好體現(xiàn)。(三)課堂反饋練習(xí)2質(zhì)量為m的小球，從離桌面H高處由靜止自由下落，桌面離地面高為h，設(shè)桌面處的重力勢能為零，則小球落地時的機(jī)械能為（ ）AmgH Bmgh C.mg(H+h) D.mg(H-h)3、一個人站在陽臺上

16、，以相同的速率v0分別把三個球豎直向下拋出、豎直向上拋出、水平拋出，不計空氣阻力，則三球落地時的速度（ ）A上拋最大B下拋最大C平拋最大D三球一樣大4把一個小球用細(xì)繩懸掛起來，就成為一個擺（如圖），擺長為l，最大偏角為，小球運動到最低位置時的速度是多大？分析：拉力和速度方向總垂直，對小球不做功； 所以這個過程中只有重力對小球能做功，機(jī)械能守恒。解：選擇小球在最低位置時所在的水平面的參考平面，小球在最高點A時為初狀態(tài)： 初狀態(tài)的動能： 初狀態(tài)的重力勢能： 初狀態(tài)的機(jī)械能：EP1+EP1=mg(L-Lcos)小球的最低點O時為末狀態(tài)：末狀態(tài)的動能：Ek2=1/2mv2末狀態(tài)的重力勢能：EP2=0末

17、狀態(tài)的機(jī)械能為:根據(jù)機(jī)械能守恒定律有：即所以師：通過以上題目的解答，你能夠得到什么啟發(fā)？生：機(jī)械能守恒定律不涉及運動過程中的加速度和時間，用它來處理問題要比牛頓定律方便。生：用機(jī)械能守恒定律解題，必須明確初末狀態(tài)機(jī)械能，要分析機(jī)械能守恒的條件。師：下面大家總結(jié)一下用機(jī)械能守恒定律解決問題的一般步驟。（投影學(xué)生總結(jié)的用機(jī)械能守恒定律解題的一般步驟，組織學(xué)生討論完善這個問題，形成共同的看法。）生：可以分為以下幾步進(jìn)行：1、根據(jù)題意，選取研究對象(物體或系統(tǒng))及研究的過程。2、對研究對象進(jìn)行受力分析，弄清各力在研究過程中的做功情況，判斷是否符合機(jī)械能守恒的條件。3、恰當(dāng)?shù)剡x取參考平面，確定研究對象在

18、過程中的初始狀態(tài)和末狀態(tài)的機(jī)械能(包括動能和勢能)。4、根據(jù)機(jī)械能守恒定律列方程，進(jìn)行求解。點評：通過巧設(shè)題目讓學(xué)生自己總結(jié)歸納應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的解題步驟，使所學(xué)知識達(dá)到學(xué)以至用，做到“應(yīng)用延伸，知識升華”的目的。【板書與小結(jié)】機(jī)械能守恒定律一、動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化物體在運動過程中，隨著動能增大，物體的勢能減小；反之，隨著動能減小，物體的勢能增大，動能和勢能之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。動能和勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能。二、機(jī)械能守恒定律：1、在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，物體的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。2、表達(dá)式： 3、機(jī)械能守恒定律的條件：只有重力或彈力做功三、機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用九、課后反思：教育的出發(fā)點是人，歸宿點也是人的發(fā)展。教育一切都要從學(xué)生出發(fā)。要能發(fā)揮學(xué)生的主體性和積極性，有一個創(chuàng)新思維活動空間，關(guān)鍵在于教師：如何引導(dǎo)，啟發(fā)，點撥。能否真正地把學(xué)生引到這一領(lǐng)域？教師在平時備課中不但要吃透