7.8《机械能守恒定律》教材分析与教学建议

机械能及其守恒定律 教材分析与教学建议教材分析与教学建议 一、教材分析 1、 新、旧教材编排结构比较 2、新、旧教材总体特点比较 二、教学建议 三、几个值得商榷的问题 一、教材分析一、教材分析 1、新、旧教材编排结构比较、新、旧教材编排结构比较 1 追寻守恒量 2 功 3 功率 4 重力势能 5 探究弹性势能的表达式 6 探究功与物体速度变化的关系 7 动能和动能定理 8 机械能守恒定律 9 实验：验证机械能守恒定律 10 能量守恒定律与能源 一、功 阅读教材 变力的功 二、功率 三、功和能 四、动能 动能定理 五、重力势能 六、机械能守恒定律 七、机械能守恒定律的应用 八、伯努利方程 原来放在学生实 验中移至课内， 增加了探究性 新教材新教材 旧教材旧教材 不要求或以不要求或以 隐性的方式隐性的方式 渗透渗透 不要求或以不要求或以 隐性的方式隐性的方式 渗透渗透 在新教材中在新教材中 不要求，或不要求，或 以隐性的方以隐性的方 式进行渗透式进行渗透 追寻守恒量 功 功率 重力势能 探究弹性势能的表达式 探究功与物体速度变化的关系 动能和动能定理 机械能守恒定律 实验：验证机械能守恒定律 能量守恒定律与能源 增增 加加 2、新、旧教材总体特点比较、新、旧教材总体特点比较 从知识结构方面看 新、旧教材结构上基本相同，新补充的内 容，使知识线索更系统、更流畅。对 教学活动 不大会产生 不适应的情况。 从教学内容方面看 新增加的内容给学生提供了一些探究与体 验的机会， 体现了新课程所倡导的探究发现和 合作学习的教学理念。 也使教材内容的连贯性 和趣味性更强，可读性更好。因此，不会对教 学工作产生多大的影响。 从教学内容方面看 新增加的内容 给学生提供了一些探究与体 验的机会 ， 体现了新课程所倡导的探究发现和 合作学习的教学理念。 也使教材内容的连贯性 和趣味性更强，可读性更好。因此，不会对教 学工作产生多大的影响。 从教育理念方面看 新教材重视 “ 过程 ” 目标的落实，重视 “ 情感 ” 目标的体现，重视联系学生 的 生活 、社会实践和现代科技。 教师 如何在新教材 的基础上通过自己的再创造，在课堂教学中 更好地体现新课程的理念，是实施新课程中 急需解决的问题。 从教育理念方面看 新教材重视 “ 过程 ” 目标的落实，重视 “ 情感 ” 目标的体现，重视联系学生 的 生活 、社会实践和现代科技。 教师 如何在新教材 的基础上通过自己的再创造，在课堂教学中 更好地体现新课程的理念， 是实施新课程中 急需解决的问题。 从教学策略方面看 新教材在文字处理和插图的选择上更趋 向于生活化、通俗化。 二、教学建议二、教学建议 教学内容更加生活化 知识深度的控制更合适 教材的结构更和谐 教材中有教材中有 明显明显 变化变化 的地方的地方 较好地体现了探究学习的理念 （一）教材的结构更和谐 新教材中，机械能部分内容为什么会是这 样的一个结构 ? 旧教材的知识结构 如果一个物体能对外做功如果一个物体能对外做功 这个物体就具有能量这个物体就具有能量 举例说明：举例说明： 做功伴随着能量的变化做功伴随着能量的变化 结论结论 ： 功是能量变化的量度功是能量变化的量度 感觉感觉 ： 似乎定义功是为了定义能，先有功的似乎定义功是为了定义能，先有功的 概念，才有能的概念。概念，才有能的概念。 但是， 在物理学的发展中，能量并不是由功定义 的，能量的概念是人类在 “ 追寻守恒量 ” 的过程中发 展起来的 。 能量的概念之所以重要，是因为它是一个自然界 中十分重要的守恒量。基于这样的认识，新教材中， 把守恒思想的提出放到了具体的概念之前。 新教材的知识结构 追寻运动中的守恒量追寻运动中的守恒量 体验： 一切运动变化都要满足一定的守一切运动变化都要满足一定的守 恒定律恒定律 。 能量守恒定律与能源能量守恒定律与能源 机械能守恒定律机械能守恒定律 功是能量转化的量度功是能量转化的量度 显然，新、旧教材相比，新教材中的处理方法， 更加符合学生的认识规律，使知识的托出更自然、更 和谐。也更符合物理学发展的历史事实。对学生来说 ，这样的处理，作为一种学习资源，在其分析处理实 际问题时的可借鉴性也更强。因此，把 “ 寻找守恒量 ” 作为本章的开篇内容是很有意义的。 从整体上考虑， “ 寻找守恒量 ” 这节课很重要， 一定要认真对待。但这节课，不必在知识深度上多动 脑筋，只要利用实验、动画等媒体 增强直观性教学， 让学生感到有劲、有趣，有意思，能吊起学生的胃口 ，能够使学生在头脑中产生一定的想法就可以了 。 教学中要尽可能体现好探究性 。如果能结合 实验 开展 讨论 式 教学 那就更好了。 但课前要进行精心的准 备。 “ 寻找守恒量 ” 的一些 教学素材： （二）较好地体现了 “ 探究性学习 ” 的 教学理念 重力势能 推演 +直观 探究功与物体速度变化的关系 动能和动能定理 直观 +推演 探究弹性势能的表达式 推演 对以下教学内容的处理更科学 教学案例： “ 重力势能 ” 的教学 功与能的关系问题，在功与能的关系问题，在 “ 重力势能重力势能 ” 中进行了第中进行了第 一次的汇合，一次的汇合， 运用运用 “ 功是能量变化的量度功是能量变化的量度 ” 的思想，的思想， 引出了重力势能，揭示了重力的功与重力势能变化量引出了重力势能，揭示了重力的功与重力势能变化量 间的关系。以后，我们还要运用这一思想来统领弹性间的关系。以后，我们还要运用这一思想来统领弹性 势能、动能和动能定理及机械能的知识，构建好知识势能、动能和动能定理及机械能的知识，构建好知识 系统。系统。 可见，可见， “ 重力势能重力势能 ” 一节是非常关键的教学环一节是非常关键的教学环 节。因此，教学中，我们既要重视节。因此，教学中，我们既要重视 “ 演绎演绎 ” 的方法的方法 ，也要注重形象思维能力的培养，也要注重形象思维能力的培养， 努力转变努力转变 “ 重推重推 演、轻直观演、轻直观 ” 的教学观念。的教学观念。 探究过程：探究过程： 重力做功 的特点 式中的 mgh与 高度 h有关 WG12 mgh1 mgh2 重力做功只跟始、末位 置有关，而跟物体运动 的路径无关 始末状态的 mgh之差等于 重力的功 定义重力势能 EP mgh WG12 Ep1 Ep2 教学反思： 在重力势能的教学中，尽管我们也会运用在重力势能的教学中，尽管我们也会运用 实验的方法首先让学生对重力势能形成一定的实验的方法首先让学生对重力势能形成一定的 感性认识，但在得出重力势能、揭示重力的功感性认识，但在得出重力势能、揭示重力的功 与重力势能变化量间的关系时，主要还是运用与重力势能变化量间的关系时，主要还是运用 了推演的方法。了推演的方法。 教学案例：教学案例： “探究弹性势能的表达式探究弹性势能的表达式 ”的教学的教学 探究弹性势能表达式的过程，是建立在探究弹性势能表达式的过程，是建立在 重力势能教学的基础上的，尽管也是一次探重力势能教学的基础上的，尽管也是一次探 究活动，但教材对探究过程的处理方法却是究活动，但教材对探究过程的处理方法却是 完全不同的。完全不同的。 发现问题 弹簧弹 力做功 弹性势 能变化 弹性势 能应怎 么表达 创创 造造质疑创质疑创 新新 问题表问题表 达达 问题探究 问题的 解决 类比研 究策略 抽象、概括抽象、概括 分析推理分析推理 （ 1）课题的发现 重力势能 结论：这类力做功的一般计算方法 定义： 结论： 可以引入势能的条件 弹性势能？ ？ ？ 定义：？ 结论：？ （ 2）探究过程 对优秀对优秀 生进行生进行 渗透渗透 （ 3）思想交流： 不要一提到探究，就想到实验。不要一提到探究，就想到实验。 科学探究科学探究 的目的在于通过学生自主的探究行为，变求知的目的在于通过学生自主的探究行为，变求知 为已知。其中是否有实验，不是问题的本质特为已知。其中是否有实验，不是问题的本质特 征。征。 关于弹性势能表达式的探究，尽管没用实关于弹性势能表达式的探究，尽管没用实 验，但探究的过程却体现得很好。验，但探究的过程却体现得很好。 可见，课堂上的探究活动，并不在于什么可见，课堂上的探究活动，并不在于什么 形式，关键在于是否体现了探究的意识，是否形式，关键在于是否体现了探究的意识，是否 渗透了探究的方法。渗透了探究的方法。 教学反思： 在重力势能的教学中，尽管可以运用实验在重力势能的教学中，尽管可以运用实验 或动画的方法让学生体会重力的功与重力势能或动画的方法让学生体会重力的功与重力势能 变化间的关系，但在得出重力势能、揭示重力变化间的关系，但在得出重力势能、揭示重力 的功与重力势能变化量间关系时，主要还是运的功与重力势能变化量间关系时，主要还是运 用了推演的方法。用了推演的方法。 教学案例：探究功与物体速度变化的关系教学案例：探究功与物体速度变化的关系 动能 ？ 动能定理的应用 控制变量法 定义： 直观感受 演绎推理 探究功与物体速度变化的关系 物体质量不变时： 形成一个课题 动力学思路推导 优越性 可求变力的功 可处理曲线运 动问题 动能定理： 弄清楚动能定 理的物理意义 质量为 m的物体，在恒力 F作用下发 生一段位移 ，速度由 V1变为 V2， 试研究在这一过程中，力对物体的 功与物体速度变化的关系。 （ 1）教学内容结构 （ 2）教材分析： 1、引入本节内容的主要目的是为了让学生经历和体验探究 的过程，培养学生探究的能力 。 本节与 “ 动能和动能定理 ” 一起 构成了一个较为完整的研究课题，对学生课题意识的形成、探究 能力的培养和发展会产生不可低估的作用。 2、本节内容，只是为下一节 “ 动能和动能定理 ” 的理论推 导奠定一个认识基础，并没有直接给出动能定理。而没有动能定 理，又不能完整叙述功与速度、功与速度的变化、功与速度二次 方间的关系，教师在教学中应灵活把握。 3、 通过 “ 探究功与物体速度变化的关系 ” 的实验，也可以 促使学生在学习动能定理后能比较深刻地认识到动能定理不仅对 恒力做功的条件下成立，在变力做功的情况下也是成立的 。 （ 3）教学建议 2、做好实验是关键，而 橡皮筋的选择 是重中之重。 3、实验中要先引导学生思考：实验中要测量哪些 物理量？可以用哪些方法测？可以采用哪些实验方法？ 根据现有的实验条件，选择什么方案为好？应该怎样进 行实验？怎样进行实验数据的处理？ 1、 本节教材的 重点是 得出功与物体速度变化的关 系、探究过程中实验的设计以及实验数据的采集与处理 。 难点是如何引导学生进行积极的思考，使学生既能发 挥创造性思维， 也能够围绕本节的重点把探究过程深入 下去。 （ 4）实验技能点提醒 橡皮筋的选择、实验装置的改进 实验情景展示 实验数据处理： 用计算机拟合较好 经验共享： 1、 为了使得 坐标平面上各对应点的分布能成较为 明显的非线性。可以考虑采用以下几项措施 ： 在小车上加砝码，通过增加小车质量的方法，使小车 速度不致过快。 画曲线时加大 坐标轴的单位长度。 从原点从原点 O开始描绘图线。开始描绘图线。 经验共享： 2、 为了使 与 的关系更加直观明确， 在让学生对 图象进行 、 的关系分析后，要适时地引导学生 思考是否可以通过描绘 图线来看看 、 间的函数关 系。 “ 实验：验证机械能守恒定律 ” 教材分析： （ 2）在利用教材中提供的方法 测瞬时速度时，要 让学生弄清楚其中的道理 。特别要引导学生体会这种测 瞬时速度的方法与第一、二章所用方法的差异。 （ 1）在 “ 实验：验证机械能守恒定律 ” 的处理 中，与旧教材相比，在实验方法上作了改进。 首先， 实验要求用天平测出重物的质量 ，以便计算重物的动 能和势能改变量的数值。 其次，在测量点的选择上， 并不要求起始点的速度为零 。 因此，在选择纸带时， 第一、二点间的距离是否接近 2 、第一个点是否清 晰也就无关紧要了。 （三）教学内容更加生活化 教材更加关注生产和生活中的实际问题 1、能源问题 在涉及能量转化和转移的方向性问题时，教材中只 是简单地提到，在选修 1-2和选修 3-3中有深入的地介绍 ，但考虑到我省的实际教学要求来看，大部分学生将不 再选学这部分内容。因此，教师在教学中需要给予足够 的重视。 2、 功 如果单从知识的角度来看，这节内容跟旧教材相 比没什么变化，但它与生产和生活的联系更密切了。 3、功率 功率的教学中，通过对 汽车换档问题 的 分析帮 助学生理解物理意义。 生活化的味道更浓，趣味性 更强，应用性也更好了 。 4、教材中，插图的选择更加注重生产和生活中的 实际问题。 教学措施：提高课堂教学的开放性 这些教学内容，学生比较熟悉，要求不高，也 不需要 “ 深挖洞 ” ，要努力提高课堂教学的开放性 程度。 1、抓住 “ 既然能量是守恒量，不可消灭，可为 什么我们还要节约能源 ” 的讨论，把 “ 能量守恒定 律与能源 ” 整合成 专题讨论课 。 2、可以把 “ 功 ” 与 “ 功率 ” 整合成 具有探究性 味道的研究课 。 教学案例： 能量守恒定律与能源 本节内容 是对本章内容的总结和扩张 。 通过预先布置进行资料的搜集与整理及调查研究 的方法准备专题讨论的过程，可以提高课堂教学的趣 味性、有效性。也可以 提高学生小课题研究的意识和 能力。 学生通过机械能的学习，容易体会到科学概念的 作用在于它是对一些自然现象的抽象与概括。能量就 是从千差万别的各种自然现象中抽象出来的概念。在 学生头脑中，已经形成了许多有关能量转化的图景， 他们也具备了从 “ 机械能的转化和守恒 ” 问题联想扩 展到 “ 自然界中各种能量在转化和转换中总能量是否 会守恒 ” 的能力。 讨论提纲 应根据教材的要求，针对学生现有的知识水平和认知水应根据教材的要求，针对学生现有的知识水平和认知水 平编拟讨论提纲。平编拟讨论提纲。 1、请你说说：人类在建立起能量守恒定律过程中经历了、请你说说：人类在建立起能量守恒定律过程中经历了 哪些主要的事件？哪些科学家在作出了卓著的贡献？请您利哪些主要的事件？哪些科学家在作出了卓著的贡献？请您利 用网络、报刊杂志及图书资料进行搜集与整理。用网络、报刊杂志及图书资料进行搜集与整理。 2、导致能量守恒定律最终确立的重要事实有哪些？能量、导致能量守恒定律最终确立的重要事实有哪些？能量 守恒定律的发现是偶然的，还是人类对自然认识发展到一定守恒定律的发现是偶然的，还是人类对自然认识发展到一定 阶段后必然的产物？阶段后必然的产物？ 3、有人曾经怀疑某种过程中、有人曾经怀疑某种过程中 “ 能量不守恒能量不守恒 ” ，这是怎么，这是怎么 回事？回事？ 4、能量守恒定律是怎么表述的？在力学范畴内，能量守、能量守恒定律是怎么表述的？在力学范畴内，能量守 恒定律应该如何表达？恒定律应该如何表达？ 5、能量守恒定律在什么范围内成立？、能量守恒定律在什么范围内成立？ 6、能源是人类社会的物质基础，人类利用能源大致经历、能源是人类社会的物质基础，人类利用能源大致经历 了哪几个过程？了哪几个过程？ 7、为什么说能源短缺和环境恶化已成为关系到人类社会、为什么说能源短缺和环境恶化已成为关系到人类社会 能否持续发展的大问题？能否持续发展的大问题？ 8、近几年来，人们常常讲到温室效应。什么是温室效应、近几年来，人们常常讲到温室效应。什么是温室效应 ？温室效应有什么特征？温室效应有什么特征？ 9、既然能量是守恒的，不可能消灭？为什么我们还要节、既然能量是守恒的，不可能消灭？为什么我们还要节 约能源？约能源？ 10、什么叫能量耗散？你怎么看待能量耗散？、什么叫能量耗散？你怎么看待能量耗散？ 11、你是怎么理解、你是怎么理解 “ 能量的利用受方向性的制约能量的利用受方向性的制约 ” 这句这句 话的意思的？请你举例说明。话的意思的？请你举例说明。 12、请你调查一下附近的工厂企业和学校单位中能源的、请你调查一下附近的工厂企业和学校单位中能源的 利用情况，在分析综合的基础上写一篇调查报告，向政府的利用情况，在分析综合的基础上写一篇调查报告，向政府的 有关部门提出自己的建设性的意见或建议。有关部门提出自己的建设性的意见或建议。 教学设计： 编撰讨论提纲 搜集整理资料 组织学习小组进行小组讨论 各小组代表交流汇报 教师进行针对性讲解、答疑，总结、归纳 形成结论 针对教师印发的问题提纲，利 用网络、报刊杂志和图书资料 搜集有关资料。 根据问题提纲 进行小组讨论 由小组代表提出讨 论中尚需进一步明 确或需要其他人帮 助的问题。 针对问题提纲与学 生提出的问题进行 针对性讲解。 还要布置学生 写研究报告 （四）知