物理：第7章《机械能守恒定律》教材和案例分析.ppt

海盐县教育局教研室 韩耀强 TEL: 86029511 EMIL: BLOG: ,高中物理必修第七章 机械能守恒定律 教材和案例分析,一、机械能守恒定律教材分析,二、机械能守恒定律教学建议,三、机械能守恒定律案例分析,提纲,一、机械能守恒定律教材分析,1.新、旧教材章节结构对比,第七章 机械能守恒定律 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 实验：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,第八章 机械能 一、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 实验：验证机械能守恒定律,新,原,第七章 机械能守恒定律 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 实验：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,第八章 机械能 一、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 实验：验证机械能守恒定律,新,原,原教材以 “功是能量转化的量度”结论为基础展开对动能、重力势能的探讨；,新教材在了解重力势能和弹性势能的基础上，从实验和理论两方面探究功与物体速度变化的关系，得出动能和动能定理的表达式；功能关系是逐步渗透的。,新教材增加“探究弹性势能的表达式”，但对结论不作要求。,增 加,删 去,一、机械能守恒定律教材分析,1.新、旧教材章节结构对比,2.新教材总体特点,知识结构基本相同，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。,重视“过程”目标的落实和“情感”目标的体现,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。,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,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,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。,一、第七章 机械能守恒定律教材分析,1.新、旧教材章节结构对比,2.新教材总体特点,3.新教材新增内容的分析,(1) 变化最大关于重力势能、弹性势能和动能的教学线索及特点,原教材关于重力势能和动能的教学线索及特点,功和能：通过四个实例讲解 “功是能量转化的量度” 运动员举重做了多少功，就有多少化学能转化为重物的重力势能； 压缩的弹簧对小球做了多少功，就有多少弹性势能转化为动能； 机车拉着列车加速，牵引力对列车做了多少功，就有多少内能转化为机械能； 起重机提升重物,钢绳的拉力对重物做了多少功，就有多少电能转化为机械能。,动能和动能定理 根据“飞机牵引力做了多少功，飞机的动能就增加多少”来确定动能表达式 推导得出 ，确定动能的表达式。 把上述表达式的结论称为动能定理。,重力势能 根据重力的功 确定重力势能表达式为mgh。 说明重力功和物体势能变化的关系。 说明重力做功跟路径无关。,特点：1.“功是能量转化的量度”是作为事实提出的普遍性结论； 2.“功是能量转化的量度”是确定动能和重力势能表达式的根据； 3.把动能和动能定理两个知识的形成结合起来在同一节课讲授。,新教材关于重力势能和动能的教学线索及特点,重力势能 重力做功跟路径无关（证明后得出结论）； 定义重力势能Epmgh，概括得出重力功与重力势能的关系WGEp1 Ep2 说明重力势能的大小具有相对性，势能属于系统所共有。,探究弹性势能的表达式 类比重力与重力势能的关系，明确弹性势能表达式取决于弹力做功的表达式。 对弹力做功的表达式进行理论探究。,动能和动能定理 推导得出： 分析： 就是我们寻求的动能表达式。 称为动能定理,探究做功与物体速度变化的关系 背景：已知重力功跟重力势能、弹力功跟弹性势能的变化关系，若不考虑势能，外力对物体做将功产生什么效果？ 实验探究后初步得出：外力对静止物体做的功跟物体获得速度的平方成正比。,重力功和重力势能的关系，是学生第一次接触到的功能关系的例子，功能关系的知识从此开始渗透。因此，对重力势能的学习，需要比较系统和深入。,弹簧的弹力做功也跟路径无关，用相同的思路分析弹力功跟弹性势能的关系，对功能关系的知识进行了一次巩固和拓展。,一、第七章 机械能守恒定律教材分析,1.新、旧教材章节结构对比,2.新教材总体特点,3.新教材新增内容的分析,(1) 变化最大关于重力势能、弹性势能和动能的教学线索及特点,(2) 新增两节探索课例分析,(2) “探究弹性势能表达式” 这节课文的教学目标,不要求学生掌握探究结论,重力功与重力势能关系的延伸；动能定理的铺垫,对“弹簧的弹性势能跟哪些物理量有关”进行科学猜想,“变与不变”思想的拓展：从速度变化迁移到力的变化,用图象处理变化过程的累积效果：由根据 v-t 图象求匀变速运动的位移迁移为根据 F-l 图象求变力的功,经历一次理论探究过程，根据探究结果来概括物理结论,过程与方法目标的实现，需要情景的积累以及不断巩固、引伸和拓展,问题表达,(3) “探究弹性势能表达式” 这节课文的教学设计,重力势能,(4) “探究弹性势能表达式” 这节课文的探究过程,（5）对“探究功与物体速度变化的关系”的分析,知识目标,过程与方法,探究性实验设计,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。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。,实验方案设计,橡皮筋法,重力法,实验方案设计,对“探究功与物体速度变化的关系”的分析,知识目标,过程与方法,探究性实验设计,实验装置,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呈明显的非线性。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O开始描绘图线。,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。,一、第七章 机械能守恒定律教材分析,1.新、旧教材章节结构对比,2.新教材总体特点,3.新教材新增内容的分析,(1) 变化最大关于重力势能、弹性势能和动能的教学线索及特点,(2) 新增两节探索课例分析,(3) 教材中变化不大部分,实验验证机械能守恒定律,在写法上： 过去： 只写如何操作、得出什么结论,现在： 要注意下面几个问题。 1. 重物下落过程中，除了重力外会受到哪些阻力？怎样减少这些阻力对实验的影响？ 2. 重物下落时，最好选择什么样的两个位置作为过程的开始和终结？ 4. 实验报告中要写明以及对结论可靠性的评估，包括对可能产生的误差的分析。,在实验处理上：,（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。,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。,教学设计：,编撰讨论提纲,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,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。 2、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阶段后必然的产物？ 3、有人曾经怀疑某种过程中“能量不守恒”，这是怎么回事？ 4、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？,5、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？温室效应有什么特征？ 9、既然能量是守恒的，不可能消灭？为什么我们还要节约能源？ 10、什么叫能量耗散？你怎么看待能量耗散？ 11、你是怎么理解“能量的利用受方向性的制约”这句话的意思的？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。,一、第七章 机械能守恒定律教材分析,1.新、旧教材章节结构对比,2.新教材总体特点,3.新教材新增内容的分析,(1) 变化最大关于重力势能、弹性势能和动能的教学线索及特点,(2) 新增两节探索课例分析,(3) 教材中变化不大部分,二、第七章 机械能守恒定律教学建议,增强直观性教学,增强探究性教学的意识,把握好关键环节，构建知识系统,新课教学中应达到的深度,三、第七章 机械能守恒定律案例分析,教学案例1：“ 寻找守恒量 ”的教学,教学案例2：“