2024-2025學(xué)年高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 1 追尋守恒量-能量（1）教案 新人教版必修2

2024-2025學(xué)年高中物理第七章機(jī)械能守恒定律1追尋守恒量——能量（1）教案新人教版必修2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)容分析本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容為高中物理新人教版必修2第七章“機(jī)械能守恒定律”的第一節(jié)“追尋守恒量——能量”。內(nèi)容涉及能量守恒的基本概念，能量守恒定律的表述與證明，以及能量守恒在簡(jiǎn)單物理系統(tǒng)中的應(yīng)用。具體包括：能量守恒的含義，機(jī)械能的概念，以及通過(guò)實(shí)際例子說(shuō)明能量守恒的過(guò)程。

教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系在于，學(xué)生在前面的課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)了運(yùn)動(dòng)的守恒量，如動(dòng)量守恒，對(duì)守恒定律有了基本的理解。此外，學(xué)生對(duì)功與能的關(guān)系有了初步認(rèn)識(shí)，為理解能量守恒定律打下了基礎(chǔ)。本節(jié)課將在學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化對(duì)能量守恒定律的理解，并將其應(yīng)用于具體的物理問(wèn)題中，強(qiáng)化理論與實(shí)踐的聯(lián)系。核心素養(yǎng)目標(biāo)本節(jié)課的核心素養(yǎng)目標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生以下幾方面的能力：首先，通過(guò)探究能量守恒定律，提升學(xué)生的科學(xué)推理與論證能力，使其能夠運(yùn)用物理原理分析并解決實(shí)際問(wèn)題。其次，通過(guò)實(shí)例分析，增強(qiáng)學(xué)生的模型建構(gòu)與運(yùn)用能力，使其能夠?qū)?fù)雜物理現(xiàn)象簡(jiǎn)化為理想模型，從而更深入地理解能量守恒。再次，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)解讀與處理能力，使學(xué)生能夠運(yùn)用數(shù)據(jù)驗(yàn)證能量守恒定律，并從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律。最后，強(qiáng)化學(xué)生的科學(xué)探究與合作交流能力，使他們?cè)趫F(tuán)隊(duì)合作中共同探討、解決問(wèn)題，提升物理學(xué)科素養(yǎng)。這些目標(biāo)與課本內(nèi)容緊密相關(guān)，有助于學(xué)生在掌握知識(shí)的同時(shí)，提升綜合素養(yǎng)。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)

（1）能量守恒定律的表述及其物理意義：能量守恒定律是本節(jié)課的核心，學(xué)生需理解能量守恒的定義，以及其在物理系統(tǒng)中的具體表現(xiàn)。例如，物體在無(wú)外力做功的情況下，其總機(jī)械能（動(dòng)能加勢(shì)能）保持不變。

（2）機(jī)械能的概念及其計(jì)算：學(xué)生需要掌握機(jī)械能是由動(dòng)能和勢(shì)能組成的，并能運(yùn)用公式計(jì)算具體物理過(guò)程中的機(jī)械能變化。

（3）能量守恒定律的應(yīng)用：學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)將能量守恒定律應(yīng)用于實(shí)際物理問(wèn)題，如自由落體、彈性碰撞等，分析能量如何在這些過(guò)程中守恒。

2.教學(xué)難點(diǎn)

（1）能量守恒定律的證明：理解能量守恒定律的數(shù)學(xué)證明過(guò)程，特別是對(duì)于微積分的應(yīng)用，是學(xué)生的一個(gè)難點(diǎn)。例如，從功的定義出發(fā)，運(yùn)用積分方法證明動(dòng)能和勢(shì)能之和在一個(gè)物理過(guò)程中保持不變。

（2）非保守力對(duì)機(jī)械能的影響：學(xué)生需要理解非保守力（如摩擦力）在物理過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致機(jī)械能的損失，這部分內(nèi)容容易造成混淆。

（3）復(fù)雜系統(tǒng)中的能量守恒分析：對(duì)于多個(gè)物體組成的復(fù)雜系統(tǒng)，如何分解和分析各物體間的能量轉(zhuǎn)換和守恒，是學(xué)生的另一個(gè)難點(diǎn)。例如，在非對(duì)心碰撞中，如何計(jì)算碰撞前后的總機(jī)械能。

（4）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中的數(shù)據(jù)處理：在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能量守恒的過(guò)程中，學(xué)生可能難以準(zhǔn)確處理數(shù)據(jù)，特別是在涉及誤差分析和不確定度計(jì)算時(shí)。

舉例說(shuō)明：

在教學(xué)過(guò)程中，教師可以通過(guò)以下方式幫助學(xué)生理解和突破難點(diǎn)：

-對(duì)于能量守恒定律的證明，教師可以通過(guò)動(dòng)畫(huà)或圖示輔助，逐步展示證明過(guò)程，強(qiáng)調(diào)積分的概念和物理意義。

-針對(duì)非保守力的影響，教師可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示（如滑塊在斜面上的運(yùn)動(dòng)）來(lái)直觀展示能量損失，并結(jié)合公式進(jìn)行分析。

-在分析復(fù)雜系統(tǒng)的能量守恒時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生建立模型，分解運(yùn)動(dòng)，逐步引導(dǎo)學(xué)生理解各部分能量如何相互轉(zhuǎn)換。

-對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，教師應(yīng)教授學(xué)生如何進(jìn)行有效測(cè)量，如何計(jì)算平均值，以及如何分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值之間的偏差。教學(xué)方法與策略為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，充分考慮學(xué)習(xí)者特點(diǎn)，本節(jié)課將采用以下教學(xué)方法與策略：

1.講授法：教師以清晰、生動(dòng)的語(yǔ)言講解能量守恒定律的基本概念、原理和應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容。通過(guò)講解，幫助學(xué)生建立完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

2.討論法：針對(duì)能量守恒定律的實(shí)例分析，組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表自己的觀點(diǎn)，傾聽(tīng)他人的意見(jiàn)，共同解決問(wèn)題。

3.案例研究：選擇具有代表性的物理案例，如彈性碰撞、非彈性碰撞等，引導(dǎo)學(xué)生分析案例中能量守恒的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

4.項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)：將學(xué)生分為小組，每組負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，驗(yàn)證能量守恒定律。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，需要自主探究、合作交流，提高實(shí)踐能力。

具體教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)如下：

1.角色扮演：學(xué)生扮演物理學(xué)家，嘗試用自己的語(yǔ)言解釋能量守恒定律，增強(qiáng)學(xué)生的表達(dá)能力和自信心。

2.實(shí)驗(yàn)：組織學(xué)生進(jìn)行能量守恒實(shí)驗(yàn)，如彈簧振子實(shí)驗(yàn)、滑塊與滑板實(shí)驗(yàn)等，讓學(xué)生親身體驗(yàn)?zāi)芰渴睾愕倪^(guò)程。

3.游戲：設(shè)計(jì)能量轉(zhuǎn)換游戲，讓學(xué)生在游戲中理解能量守恒定律，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

教學(xué)媒體和資源使用：

1.PPT：制作精美的PPT課件，展示能量守恒定律的相關(guān)概念、原理、實(shí)例等，幫助學(xué)生直觀地理解教學(xué)內(nèi)容。

2.視頻：播放能量守恒實(shí)驗(yàn)操作視頻，讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)，提高實(shí)驗(yàn)成功率。

3.在線工具：利用在線物理仿真軟件，讓學(xué)生模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程，觀察能量守恒現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的探究精神。

4.教學(xué)資源：提供豐富的學(xué)習(xí)資源，如教材、輔導(dǎo)書(shū)、網(wǎng)絡(luò)資料等，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)，拓寬知識(shí)視野。教學(xué)實(shí)施過(guò)程1.課前自主探索

-教師活動(dòng)：教師提前布置預(yù)習(xí)任務(wù)，提供自主學(xué)習(xí)指南，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)教材和在線資源預(yù)習(xí)能量守恒定律的基本概念。

-學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生閱讀教材，觀看預(yù)習(xí)視頻，完成預(yù)習(xí)測(cè)試，嘗試?yán)斫饽芰渴睾愕亩x和應(yīng)用。

-教學(xué)方法：采用自主學(xué)習(xí)法，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立探索新知識(shí)。

-教學(xué)手段：使用教材、預(yù)習(xí)視頻、在線預(yù)習(xí)測(cè)試。

-教學(xué)資源：教材、預(yù)習(xí)視頻、在線測(cè)試平臺(tái)。

-作用和目的：培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生對(duì)能量守恒定律有初步認(rèn)識(shí)，為課堂學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.課中強(qiáng)化技能

-環(huán)節(jié)一：概念導(dǎo)入

-教師活動(dòng)：通過(guò)PPT展示和講解，引入能量守恒定律的概念和物理意義。

-學(xué)生活動(dòng)：聽(tīng)講、思考，積極參與課堂討論。

-教學(xué)方法：講授法、互動(dòng)提問(wèn)。

-教學(xué)手段：PPT、實(shí)物演示。

-作用和目的：明確教學(xué)重點(diǎn)，幫助學(xué)生理解能量守恒的實(shí)質(zhì)。

-環(huán)節(jié)二：難點(diǎn)解析

-教師活動(dòng)：通過(guò)案例分析和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，解釋能量守恒定律的難點(diǎn)內(nèi)容。

-學(xué)生活動(dòng)：小組討論，共同解決難點(diǎn)問(wèn)題。

-教學(xué)方法：討論法、案例分析法。

-教學(xué)手段：案例分析材料、數(shù)學(xué)推導(dǎo)步驟。

-作用和目的：突破教學(xué)難點(diǎn)，提高學(xué)生的推理和解決問(wèn)題的能力。

-環(huán)節(jié)三：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

-教師活動(dòng)：指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，觀察能量守恒現(xiàn)象。

-學(xué)生活動(dòng)：動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)，分析結(jié)果。

-教學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)法、觀察法。

-教學(xué)手段：實(shí)驗(yàn)器材、數(shù)據(jù)記錄表。

-作用和目的：通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論，加深對(duì)能量守恒定律的理解。

3.課后拓展應(yīng)用

-教師活動(dòng)：布置課后作業(yè)，提供拓展閱讀材料和在線討論區(qū)。

-學(xué)生活動(dòng)：完成課后作業(yè)，參與在線討論，進(jìn)行拓展閱讀。

-教學(xué)方法：作業(yè)法、在線討論法。

-教學(xué)手段：課后作業(yè)、拓展閱讀材料、在線討論區(qū)。

-教學(xué)資源：課后作業(yè)題庫(kù)、在線學(xué)習(xí)平臺(tái)。

-作用和目的：鞏固課堂所學(xué)，拓展知識(shí)面，提升學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力。通過(guò)實(shí)際問(wèn)題的解決，促使學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合。知識(shí)點(diǎn)梳理1.能量守恒定律的基本概念

-定義：能量守恒定律指出，在封閉系統(tǒng)中，能量不會(huì)憑空產(chǎn)生也不會(huì)憑空消失，總能量保持不變。

-表現(xiàn)形式：機(jī)械能守恒，即系統(tǒng)的動(dòng)能與勢(shì)能之和在一個(gè)物理過(guò)程中保持不變。

2.機(jī)械能的概念

-動(dòng)能：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量，計(jì)算公式為KE=1/2mv2。

-勢(shì)能：物體由于位置關(guān)系具有的能量，包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能。

3.能量守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)

-動(dòng)力學(xué)形式：物體受到的合外力做功等于物體動(dòng)能的增量。

-能量形式：系統(tǒng)的總機(jī)械能E=KE+PE在一個(gè)物理過(guò)程中保持恒定。

4.能量守恒定律的應(yīng)用

-自由落體：物體在重力作用下自由下落時(shí)，重力勢(shì)能完全轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，機(jī)械能守恒。

-彈性碰撞：兩個(gè)物體發(fā)生完全彈性碰撞時(shí)，它們的機(jī)械能總量在碰撞前后保持不變。

5.非保守力對(duì)機(jī)械能的影響

-非保守力：如摩擦力、空氣阻力等，它們做功時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的機(jī)械能損失。

-能量轉(zhuǎn)化：非保守力做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)能或其他形式的能量。

6.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能量守恒

-實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒，如彈簧振子實(shí)驗(yàn)、滑塊與滑板實(shí)驗(yàn)等。

-數(shù)據(jù)處理：測(cè)量和計(jì)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值的偏差。

7.能量守恒定律的推廣

-開(kāi)放系統(tǒng)：在開(kāi)放系統(tǒng)中，能量守恒定律同樣適用，但需要考慮系統(tǒng)與外界能量的交換。

-能量守恒與熱力學(xué)第一定律：能量守恒定律是熱力學(xué)第一定律的基礎(chǔ)，后者考慮了能量轉(zhuǎn)化為熱能的過(guò)程。

8.能量守恒定律的哲學(xué)意義

-物理定律的普遍性：能量守恒定律體現(xiàn)了自然界中物理規(guī)律的普遍性和一致性。

-科學(xué)方法論：能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程體現(xiàn)了科學(xué)探究的方法論，包括觀察、假設(shè)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等。教學(xué)反思在這次關(guān)于能量守恒定律的教學(xué)中，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生們對(duì)能量守恒的概念有了初步的理解，但在具體應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面還存在一些困難。首先，我發(fā)現(xiàn)通過(guò)生動(dòng)的案例引入能量守恒的概念，學(xué)生們更容易接受和理解。例如，用彈性碰撞和自由落體的例子來(lái)說(shuō)明機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒，讓學(xué)生們直觀地感受到了能量守恒的實(shí)際意義。

然而，我也注意到在數(shù)學(xué)推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)操作方面，學(xué)生們遇到了一些挑戰(zhàn)。特別是在非保守力對(duì)機(jī)械能影響的部分，如何將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)合起來(lái)，對(duì)學(xué)生們來(lái)說(shuō)是個(gè)難點(diǎn)。針對(duì)這一點(diǎn)，我計(jì)劃在未來(lái)的教學(xué)中，增加一些實(shí)驗(yàn)演示和數(shù)學(xué)模型的講解，讓學(xué)生們更直觀地理解非保守力如何影響能量守恒。

另外，我發(fā)現(xiàn)小組討論和實(shí)驗(yàn)操作對(duì)學(xué)生們理解和掌握知識(shí)非常有幫助。他們通過(guò)合作交流，不僅解決了問(wèn)題，還增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。不過(guò)，我也觀察到部分學(xué)生在討論中參與度不高，這可能是由于他們對(duì)知識(shí)點(diǎn)的不熟悉或者害羞。為了提高這部分學(xué)生的參與度，我打算在后續(xù)的教學(xué)中，更多地關(guān)注個(gè)體差異，鼓勵(lì)每個(gè)學(xué)生都參與到討論和實(shí)驗(yàn)中來(lái)。

在教學(xué)方法上，我嘗試了多種手段，如PPT、視頻、實(shí)驗(yàn)等，以豐富課堂形式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。從學(xué)生的反饋來(lái)看，這些教學(xué)手段確實(shí)起到了一定的效果。但我也意識(shí)到，教學(xué)過(guò)程中應(yīng)更注重學(xué)生的主體地位，引導(dǎo)他們主動(dòng)探索和發(fā)現(xiàn)知識(shí)，而不是被動(dòng)接受。

此外，課后作業(yè)和拓展閱讀的布置，旨在幫助學(xué)生鞏固所學(xué)，拓展知識(shí)面。但從作業(yè)完成情況來(lái)看，部分學(xué)生對(duì)作業(yè)的重視程度不夠，可能需要我在作業(yè)設(shè)計(jì)和反饋上做一些調(diào)整，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。內(nèi)容邏輯關(guān)系-重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：能量守恒定律的定義，機(jī)械能守恒的表現(xiàn)形式。

-重點(diǎn)詞：能量守恒，機(jī)械能，動(dòng)能，勢(shì)能。

2.機(jī)械能的概念及其計(jì)算

-重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：動(dòng)能和勢(shì)能的定義，機(jī)械能的計(jì)算公式。

-重點(diǎn)詞：動(dòng)能，勢(shì)能，機(jī)械能計(jì)算公式。

3.能量守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)和證明

-重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：能量守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，能量守恒定律的證明方法。

-重點(diǎn)詞：能量守恒定律，數(shù)學(xué)表達(dá)，證明。

4.能量守恒定律的應(yīng)用實(shí)例

-重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：自由落體，彈性碰撞等實(shí)例中能量守恒的應(yīng)用。

-重點(diǎn)詞：自由落體，彈性碰撞，能量守恒應(yīng)用。

5.非保守力對(duì)機(jī)械能的影響

-重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：非保守力的概念，非保守力對(duì)機(jī)械能的影響。

-重點(diǎn)詞：非保守力，機(jī)械能損失。

6.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能量守恒

-重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能量守恒的方法，數(shù)據(jù)處理和誤差分析。

-重點(diǎn)詞：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，數(shù)據(jù)處理，誤差分析。

7.能量守恒定律的推廣和哲學(xué)意義

-重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：能量守恒定律在開(kāi)放系統(tǒng)和熱力學(xué)中的應(yīng)用，能量守恒定律的哲學(xué)意義。

-重點(diǎn)詞：開(kāi)放系統(tǒng)，熱力學(xué)第一定律，哲學(xué)意義。

板書(shū)設(shè)計(jì)：

1.能量守恒定律的基本概念和物理意義

2.機(jī)械能的概念及其計(jì)算

3.能量守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)和證明

4.能量守恒定律的應(yīng)用實(shí)例

5.非保守力對(duì)機(jī)械能的影響

6.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能量守恒

7.能量守恒定律的推廣和哲學(xué)意義課后作業(yè)1.設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證自由落體中機(jī)械能的守恒，并計(jì)算機(jī)械能的變化量。

2.分析一個(gè)彈性碰撞過(guò)程，計(jì)算碰撞前后系統(tǒng)的總機(jī)械能，并討論機(jī)械能守恒的條件。

3.探究非保守力（如摩擦力）對(duì)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能的影響，給出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和解釋。

4.設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證能量守恒定律，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行誤差分析和不確定度計(jì)算。

5.討論：能量守恒定律在生活中的應(yīng)用實(shí)例，并分析其物理原理。

補(bǔ)充和說(shuō)明舉例題型：

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題：設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證自由落體中機(jī)械能的守恒。實(shí)驗(yàn)步驟包括：選擇適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量和高度的物體，使用測(cè)速儀測(cè)量物體下落的速度，計(jì)算動(dòng)能和勢(shì)能的變化，驗(yàn)證機(jī)械能守恒。

2.計(jì)算分析題：分析一個(gè)彈性碰撞過(guò)程，計(jì)算碰撞前后系統(tǒng)的總機(jī)械能。給定兩個(gè)物體的質(zhì)量