第四章 第6節(jié) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律2023-2024學(xué)年新教材高中物理必修第二冊(cè)同步教學(xué)設(shè)計(jì)（粵教版2019）

第四章第6節(jié)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律2023-2024學(xué)年新教材高中物理必修第二冊(cè)同步教學(xué)設(shè)計(jì)（粵教版2019）學(xué)校授課教師課時(shí)授課班級(jí)授課地點(diǎn)教具教學(xué)內(nèi)容教材章節(jié)：第四章第6節(jié)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

內(nèi)容列舉：本節(jié)課主要圍繞粵教版2019年高中物理必修第二冊(cè)教材進(jìn)行同步教學(xué)設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括：

1.機(jī)械能守恒定律的定義和含義；

2.機(jī)械能守恒定律的適用條件；

3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的方法和步驟；

4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集、處理和分析；

5.機(jī)械能守恒定律在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用實(shí)例。核心素養(yǎng)目標(biāo)1.讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)科學(xué)探究能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力，理解并掌握機(jī)械能守恒定律；

2.通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提高學(xué)生的數(shù)據(jù)分析與處理能力，發(fā)展邏輯思維和批判性思維；

3.通過應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決實(shí)際問題，增強(qiáng)學(xué)生的物理觀念及其應(yīng)用能力；

4.培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的能力，提升科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識(shí)：

-學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能和勢(shì)能的概念；

-學(xué)生對(duì)能量轉(zhuǎn)化和能量守恒有一定的理解；

-學(xué)生已經(jīng)進(jìn)行了簡單的物理實(shí)驗(yàn)，如測(cè)量速度、加速度等。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：

-學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)通常表現(xiàn)出較高的興趣，尤其是能直觀觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；

-學(xué)生具備一定的邏輯思維能力和數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，能夠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理；

-學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格多樣，有的喜歡動(dòng)手操作，有的偏好理論分析，有的善于團(tuán)隊(duì)合作。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：

-在理解機(jī)械能守恒定律的適用條件時(shí)，學(xué)生可能會(huì)混淆或誤解；

-實(shí)驗(yàn)操作過程中，學(xué)生可能會(huì)遇到實(shí)驗(yàn)器材使用不熟練、數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確等問題；

-在分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，學(xué)生可能難以理解數(shù)據(jù)背后的物理意義，以及如何運(yùn)用數(shù)據(jù)證明機(jī)械能守恒定律。教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：每位學(xué)生配備粵教版2019年高中物理必修第二冊(cè)教材。

2.輔助材料：準(zhǔn)備相關(guān)機(jī)械能守恒的動(dòng)畫視頻、實(shí)驗(yàn)操作步驟的PPT以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表。

3.實(shí)驗(yàn)器材：準(zhǔn)備斜面、滑塊、光電門、刻度尺、計(jì)時(shí)器等實(shí)驗(yàn)所需器材，并確保其安全可用。

4.教室布置：設(shè)置實(shí)驗(yàn)操作區(qū)，保證每組學(xué)生有足夠的空間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，同時(shí)劃分討論區(qū)以便學(xué)生交流討論。教學(xué)過程設(shè)計(jì)1.導(dǎo)入新課（5分鐘）

目標(biāo)：引起學(xué)生對(duì)機(jī)械能守恒定律的興趣，激發(fā)其探索欲望。

過程：

-開場(chǎng)提問：“同學(xué)們，你們知道機(jī)械能守恒定律是什么嗎？它在我們的生活中有什么實(shí)際應(yīng)用？”

-展示一些機(jī)械能轉(zhuǎn)化的實(shí)例，如過山車、擺錘等，讓學(xué)生初步感受機(jī)械能守恒現(xiàn)象。

-簡短介紹機(jī)械能守恒定律的基本概念和其在物理學(xué)中的重要性，為接下來的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.機(jī)械能守恒定律基礎(chǔ)知識(shí)講解（10分鐘）

目標(biāo)：讓學(xué)生了解機(jī)械能守恒定律的基本概念、適用條件。

過程：

-講解機(jī)械能守恒定律的定義，解釋機(jī)械能包括動(dòng)能和勢(shì)能。

-介紹機(jī)械能守恒定律的適用條件，如無外力做功、理想狀態(tài)下等。

-使用示意圖幫助學(xué)生理解動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。

3.機(jī)械能守恒定律案例分析（20分鐘）

目標(biāo)：通過具體案例，讓學(xué)生深入了解機(jī)械能守恒定律的特性和重要性。

過程：

-選擇幾個(gè)典型的機(jī)械能守恒定律的案例進(jìn)行分析，如自由落體、拋物運(yùn)動(dòng)等。

-詳細(xì)介紹每個(gè)案例的背景、條件和結(jié)果，讓學(xué)生全面了解機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用。

-引導(dǎo)學(xué)生思考這些案例對(duì)實(shí)際生活或?qū)W習(xí)的影響，以及如何應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決實(shí)際問題。

-小組討論：讓學(xué)生分組討論機(jī)械能守恒定律在科技發(fā)展中的應(yīng)用前景。

4.學(xué)生小組討論（10分鐘）

目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和解決問題的能力。

過程：

-將學(xué)生分成若干小組，每組選擇一個(gè)與機(jī)械能守恒定律相關(guān)的物理現(xiàn)象或應(yīng)用進(jìn)行討論。

-小組內(nèi)討論該現(xiàn)象或應(yīng)用的原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)收集和分析等。

-每組選出一名代表，準(zhǔn)備向全班展示討論成果。

5.課堂展示與點(diǎn)評(píng)（15分鐘）

目標(biāo)：鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，同時(shí)加深全班對(duì)機(jī)械能守恒定律的認(rèn)識(shí)和理解。

過程：

-各組代表依次上臺(tái)展示討論成果，包括現(xiàn)象或應(yīng)用的原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析等。

-其他學(xué)生和教師對(duì)展示內(nèi)容進(jìn)行提問和點(diǎn)評(píng)，促進(jìn)互動(dòng)交流。

-教師總結(jié)各組的亮點(diǎn)和不足，并提出進(jìn)一步的建議和改進(jìn)方向。

6.課堂小結(jié)（5分鐘）

目標(biāo)：回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)機(jī)械能守恒定律的重要性和意義。

過程：

-簡要回顧本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括機(jī)械能守恒定律的基本概念、案例分析等。

-強(qiáng)調(diào)機(jī)械能守恒定律在物理學(xué)中的重要地位，以及其在現(xiàn)實(shí)生活和科技發(fā)展中的應(yīng)用價(jià)值。

-布置課后作業(yè)：讓學(xué)生撰寫一篇關(guān)于機(jī)械能守恒定律的短文或報(bào)告，以鞏固學(xué)習(xí)效果。知識(shí)點(diǎn)梳理1.機(jī)械能的定義與分類

-機(jī)械能是物體因其運(yùn)動(dòng)和位置而具有的能量。

-機(jī)械能分為動(dòng)能和勢(shì)能，動(dòng)能是物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量，勢(shì)能是物體由于位置不同而具有的能量。

2.動(dòng)能的概念與計(jì)算

-動(dòng)能是物體運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的能量，公式為\(K=\frac{1}{2}mv^2\)，其中\(zhòng)(m\)是物體的質(zhì)量，\(v\)是物體的速度。

3.勢(shì)能的概念與分類

-勢(shì)能是物體由于其位置或狀態(tài)而具有的能量，分為重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能。

-重力勢(shì)能的公式為\(U_g=mgh\)，其中\(zhòng)(m\)是物體的質(zhì)量，\(g\)是重力加速度，\(h\)是物體相對(duì)于參考點(diǎn)的高度。

-彈性勢(shì)能是物體由于彈性形變而具有的能量，如彈簧的彈性勢(shì)能公式為\(U_e=\frac{1}{2}kx^2\)，其中\(zhòng)(k\)是彈簧的勁度系數(shù)，\(x\)是彈簧的形變量。

4.機(jī)械能守恒定律

-機(jī)械能守恒定律表明，在只有重力或彈力做功的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的總機(jī)械能（動(dòng)能和勢(shì)能之和）保持不變。

-數(shù)學(xué)表達(dá)式為：\(E_{me}=K+U\)（總機(jī)械能），在守恒系統(tǒng)中，\(E_{me}\)保持恒定。

5.機(jī)械能守恒定律的適用條件

-系統(tǒng)不受外力或外力做功為零。

-系統(tǒng)內(nèi)部沒有非保守力（如摩擦力）做功。

-系統(tǒng)內(nèi)部只有保守力（如重力、彈力）做功。

6.機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用

-解決物理問題，如自由落體、拋物運(yùn)動(dòng)、彈簧振子等。

-分析物體在重力場(chǎng)或彈力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況。

-設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。

7.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

-實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證在沒有外力做功的系統(tǒng)中，機(jī)械能是否守恒。

-實(shí)驗(yàn)步驟：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置（如斜面、滑塊等），測(cè)量并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（如物體的高度、速度等），分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

-實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：確保實(shí)驗(yàn)條件滿足機(jī)械能守恒定律的適用條件，如忽略空氣阻力、摩擦力等。

8.機(jī)械能守恒定律與能量轉(zhuǎn)化

-機(jī)械能守恒定律是能量轉(zhuǎn)化的一種表現(xiàn)形式，即在機(jī)械能守恒的系統(tǒng)中，能量在動(dòng)能和勢(shì)能之間相互轉(zhuǎn)化，但總能量保持不變。

9.機(jī)械能守恒定律與牛頓運(yùn)動(dòng)定律的關(guān)系

-機(jī)械能守恒定律與牛頓運(yùn)動(dòng)定律相輔相成，牛頓運(yùn)動(dòng)定律描述了物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，而機(jī)械能守恒定律描述了物體在運(yùn)動(dòng)過程中能量的變化。

10.機(jī)械能守恒定律在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用

-機(jī)械能守恒定律在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，如工程設(shè)計(jì)、交通工具的設(shè)計(jì)、能源轉(zhuǎn)換等。

-了解機(jī)械能守恒定律有助于我們更好地理解自然界中的能量轉(zhuǎn)化和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。典型例題講解【例題1】

一個(gè)物體從高度\(h\)處自由落下，不計(jì)空氣阻力，求物體落地瞬間的速度。

【解答】

根據(jù)機(jī)械能守恒定律，物體在落下過程中，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。設(shè)物體質(zhì)量為\(m\)，重力加速度為\(g\)，落地瞬間的速度為\(v\)。則有：

\[mgh=\frac{1}{2}mv^2\]

解得：

\[v=\sqrt{2gh}\]

【例題2】

一個(gè)小球從斜面上滑下，不計(jì)摩擦力，求小球離開斜面時(shí)的速度。

【解答】

小球在斜面上滑動(dòng)過程中，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。設(shè)小球質(zhì)量為\(m\)，斜面高度為\(h\)，斜面傾角為\(\theta\)，離開斜面時(shí)的速度為\(v\)。則有：

\[mgh=\frac{1}{2}mv^2\]

由于小球沿斜面下滑，實(shí)際轉(zhuǎn)化的勢(shì)能為\(mgh\sin\theta\)，因此：

\[mgh\sin\theta=\frac{1}{2}mv^2\]

解得：

\[v=\sqrt{2gh\sin\theta}\]

【例題3】

一個(gè)物體從高度\(h\)處以初速度\(v_0\)水平拋出，不計(jì)空氣阻力，求物體落地時(shí)的速度。

【解答】

物體在水平拋出的過程中，水平方向的速度保持不變，豎直方向的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化。設(shè)物體質(zhì)量為\(m\)，落地時(shí)的豎直速度為\(v_y\)，則有：

\[mgh=\frac{1}{2}mv_y^2\]

解得：

\[v_y=\sqrt{2gh}\]

水平方向的速度\(v_x=v_0\)，因此落地時(shí)的速度\(v\)為：

\[v=\sqrt{v_x^2+v_y^2}=\sqrt{v_0^2+2gh}\]

【例題4】

一個(gè)彈簧振子從最大壓縮位置開始運(yùn)動(dòng)，求振子通過平衡位置時(shí)的速度。

【解答】

彈簧振子在運(yùn)動(dòng)過程中，彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。設(shè)彈簧振子質(zhì)量為\(m\)，彈簧勁度系數(shù)為\(k\)，最大壓縮量為\(x_{max}\)，通過平衡位置時(shí)的速度為\(v\)。則有：

\[\frac{1}{2}kx_{max}^2=\frac{1}{2}mv^2\]

解得：

\[v=x_{max}\sqrt{\frac{k}{m}}\]

【例題5】

一個(gè)小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，通過最高點(diǎn)時(shí)的速度為\(v_1\)，求小球通過最低點(diǎn)時(shí)的速度。

【解答】

小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化。設(shè)小球質(zhì)量為\(m\)，最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的高度差為\(2r\)（圓周半徑），通過最低點(diǎn)時(shí)的速度為\(v_2\)。則有：

\[mgr=\frac{1}{2}mv_2^2-\frac{1}{2}mv_1^2\]

解得：

\[v_2=\sqrt{v_1^2+2gr}\]教學(xué)反思與總結(jié)今天這節(jié)課，我們學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律，這個(gè)定律在物理學(xué)中可是非常重要的，它揭示了物體運(yùn)動(dòng)過程中能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律。回顧一下，我覺得有幾個(gè)地方做得還可以，也有一些地方需要改進(jìn)。

首先，我覺得課堂的導(dǎo)入做得不錯(cuò)。我通過展示一些生活中的實(shí)例，比如過山車、擺錘等，讓學(xué)生感受到了機(jī)械能守恒現(xiàn)象的存在，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生們對(duì)機(jī)械能守恒定律的概念和重要性有了初步的了解，為接下來的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

在教學(xué)過程中，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生們對(duì)動(dòng)能和勢(shì)能的概念理解得比較快，但是對(duì)于機(jī)械能守恒定律的適用條件和能量轉(zhuǎn)化的過程，有些學(xué)生還是覺得有些困難。為了解決這個(gè)問題，我采用了實(shí)例分析和小組討論的方法，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，效果還不錯(cuò)。

在案例分析環(huán)節(jié)，我選擇了幾個(gè)典型的案例，如自由落體、拋物運(yùn)動(dòng)等，讓學(xué)生通過分析案例來理解機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用。學(xué)生們?cè)谶@個(gè)環(huán)節(jié)表現(xiàn)出了很高的參與度，討論得也相當(dāng)熱烈。不過，我也發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生對(duì)于如何從案例中提煉出關(guān)鍵信息，以及如何運(yùn)用公式進(jìn)行計(jì)算，還是有些吃力。

課堂展示環(huán)節(jié)，各組代表的表現(xiàn)都比較積極，能夠清晰地表達(dá)自己的觀點(diǎn)。這說明學(xué)生們?cè)谟懻撨^程中有了自己的思考，也鍛煉了他們的表達(dá)能力。不過，也有個(gè)別小組在展示時(shí)，對(duì)一些關(guān)鍵點(diǎn)的解釋不夠清晰，這可能是由于討論時(shí)間不夠充分或者準(zhǔn)備不夠充分。

在課堂小結(jié)和布置作業(yè)時(shí)，我強(qiáng)調(diào)了機(jī)械能守恒定律的重要性和實(shí)際應(yīng)用，鼓勵(lì)學(xué)生們?cè)谡n后進(jìn)一步探索。我覺得這個(gè)環(huán)節(jié)做得還可以，學(xué)生們對(duì)作業(yè)內(nèi)容也表示出了興趣。

當(dāng)然，這節(jié)課也有一些不足之處。