机械能守恒定律

机械能守恒定律机械能守恒定律 北京五十中学 宋玉梅 教学设计思路教学设计思路 本节课的教学设计努力遵循教育部颁发的 普通高中物理课程标准 倡导的 促进学 生自主学习 让学生积极参与 乐于探究 勇于实验 勤于思考 的教学理念 在课堂教 学中结合大量学生熟悉的生活实例 如小孩坐滑梯等 利用学生身边的日常器具 如圆 珠笔等 展开探究 让学生参与实验 使教学贴近学生生活 联系社会实际 激发学 生的求知欲 教学沿着 主观感受 猜想与假设 实验探究 理性探究 归纳总结 运用 知识解决实际问题 拓展延伸这一条探究之路 使学生真正理解机械能守恒定律的物理意 义及其应用 并从中体会科学的研究方法 体会物理规律对生活实践的作用 教学从学生 的实际出发 使学生在情感态度与价值观方面受到熏陶 发展对科学的好奇心和求知欲 引导学生用身边的物品研究物理学问题 运用物理原理和研究方法解决实际问题 并且把 评价渗透在学习过程中 帮助学生认识自我 建立自信 促进学生在原有水平上发展 努力促使学生成为一个研究者 学习任务分析 学习任务分析 能量守恒定律是 19 世纪自然科学的三大发现之一 对辩证唯物主义思想的确立起了 重要作用 是学生树立辩证唯物主义观点的重要基础之一 能量转化和守恒思想贯穿整个 高中教材 是认识自然 掌握自然规律的重要 工具 机械能守恒定律起着承前启后的 作用 是学生必须牢固掌握的一个重要规律 本节是这一章的核心 学生在初中已经学习了动能 势能 机械能的基本概念 在高 中又进一步进行了深入 系统的学习 在本节之前又学习了动能定理 为本节理论探究奠 定了基础 教学设计中对于机械能守恒定律的得出 先由定性分析到定量实例探究 再结 合一般过程做理论推证 然后总结出定律 阐释机械能守恒的实质 最后具体应用 符合 由特殊到一般再到特殊的认知规律 并且探究 推理的过程 有利于培养学生的演绎推理 能力 分析归纳能力和探索发现能力 领悟物理学研究方法和提高创造性思维能力 在教 学过程中 根据教材内在的逻辑关系和学生认知的发展规律来设计教学活动的基本流程 力求达到最优化的组合 本节课的重点和难点是 机械能守恒定律的物理意义及其 应 用 建议 2 课时 学习者分析 学习者分析 学生在学习本节内容之前 已经系统学习过有关重力势能 动能的知识 同时已经较 扎实地掌握了动力学的分析方法 知道直线运动 曲线运动的处理方法 已经完全具备了 研究和学习机械能守恒定律的能力 教学目标 教学目标 一 知识与技能 1 知道物体的动能和势能可以相互转化 会分析动能和势能相互转化的实例 2 理解掌握机械能守恒定律的内容和适用条件 3 掌握机械能守恒定律的表达式 4 会判定具体问题中机械能是否守恒 会用机械能守恒定律分析生活和生产中的有 关问题 5 了解自然界中存在多种形式的能量 知道能量守恒定律是最基本最普遍的自然规 律之一 二 过程与方法 1 让学生通过已有的日常生活和实践中能量转化的经验 猜想动能和势能转化过程 中的定量关系 2 让学生通过设计和实验 体验科学探究的过程和方法 3 通过应用体会机械能守恒定律在实际生活中的作用 三 情感态度与价值观 1 让学生感悟能的转化与守恒定律在物理学中以及在自然科学中的重要地位 感悟 能的转化与守恒定律为不同学科的沟通与联系搭建了桥梁 使学生领略自然界的奇妙与和 谐 2 体会科学探究中的守恒思想 培养探究自然规律的科学态度 领悟运用机械能守 恒定律解决问题的优点 形成科学的价值观 3 通过对机械能守恒定律的学习 体会用 转化 和 守恒 的思想去思考问题 教学准备教学准备 多媒体素材 自行车下坡 小孩坐滑梯 小孩荡秋千 运动员撑杆跳高 蹦极运动 翻滚过山车 上海明珠线轻轨车站 永动机不能实现视频 实验器材 金属球 悬线 铁架台 传感器 计算机 弹簧 过山车模型 尾部带弹 簧的圆珠笔 教学过程 教学过程 一 新课引入 实验 1 取一金属球 用线把它悬挂起来做成单摆 请一位学生靠墙站立 头倚在墙 壁上 使金属球偏离平衡位置 且使金属球与学生的鼻子刚刚接触 然后释放金属球 当 金属球摆回时 学生会感到非常紧张 担心会碰到鼻子 但金属球并没有碰到学生的鼻子 引起学生兴趣 教师提出问题 为什么金属球不会碰到鼻子 指导学生分析金属球在摆动 过程中动能与重力势能的变化 并猜想机械能变化的特点 二 实验探究 实验 2 如图所示 将金属球用细线悬挂起来固 定在黑板上部 在黑板上画出相应 的水平线 让金属球摆动 通过实验发现 小球可以摆到跟释放点等高处 再用一个钉 子固定在黑板上某点挡住细线 再观察 发现 金属球 仍可以摆到跟释放点等高处 教师引导学生分析 讨论实验现象所展示的能量转化特点及做功情况 小球在摆动过 程中通过重力做功 势能与动能互相转换 重力做正功 重力势能减少 动能增加 重力 做负功 重力势能增加 动能减少 实验 3 借助传感器测出金属球在不同位置的速度大小 利用计算机的数据处理功能 计算出金属球在不同位置的动能 重力势能的大小 学生通过分析实验数据 发现金属球 在摆动过程中动能与重力势能的变化规律与猜想一致 得出机械能的总量不变 三 观察与思考 多媒体播放 1 自行车下坡 小孩玩滑梯 小孩荡秋千 运动员撑竿跳高 教师通过视频再现一些学生生活中熟悉的机械能转化的实例 引导学生分析在这些过 程中机械能转化的特点和做功的特点 并提示学生猜想在这些过程中机械能是否守恒吗 机械能守恒的条件是什么 提醒学生注意图 4 5 1 4 5 2 中都忽略了空气阻力及其他摩擦阻力 在这种情况 下只有重力做功 物体的动能 势能相互转化 总量不变 但实验 2 中金属球摆动多次后 最高点会逐渐降低 这就是空气阻力的作用 四 理性探究 教师做出一些提示 学生进行自由落体 竖直上抛及课本图 4 5 3 的平抛运动的理 性探究 分析动能和重力势能的转化特点 各状态的机械能特点及做功情况 五 得出结论 机械能守恒定律及其条件 总结实验探究和理性探究结果 教师指出 科学家们进行的大量实验研究和大量事 实表明 在只有重力和弹力做功的物体系统内 动能和势能会发生相互转化 但机械能的 总量保持不变 这就是机械能守恒定律 给出机械能守恒定律的表达式 教师还需要指出 虽然我们是从有限的几个具体实例中归纳出了机械能守恒定律 但 至今人类还未发现在上述条件下机械能不守恒的反例 因此这是一个普遍规律 这种归纳 法也是科学研究中常用的方法 实验 4 放开被压缩的弹簧 弹簧可以把跟它接触的小球弹开去 实验 5 学生将尾部带有弹簧的圆珠笔的尾部朝下放在桌上 将笔向下压 然后松 手 多媒体播放 2 蹦极运动视频 通过上述实验及视频播放 教师指出 不仅重力势能和动能可以相互转化 弹性势能 和动能也可以相互转化 六 机械能守恒定律的应用 多媒体播放 3 翻滚过山车视频 提出问题 引起思考 坐过山车前必须做什么准备 系安全带 不系安全带会怎样 人会掉下来 最有可能从何处掉下来 竖直圆轨道顶端 不系安全带一定会掉下来吗 学生疑惑 思考 实验 6 请学生代表进行 小球在竖直圆形轨道内侧运动 的模拟实验 从不同高度 释放小球 观察小球的运动情况 在学生初步体会出小球能否通过最高点与小球释放的高度有关后 教师进一步提出 要使小球通过圆弧轨道的顶端时不掉下来 小球在顶端时的速度至少为多大 如果忽 略摩擦阻力 小球的初位置必须比轨道地段高出多少 小球最初的实际高度必须大于这 个理论值 为什么 分析及解答略 学生思考后交流 多媒体播放 4 上海明珠线轻轨车站视频 教师提出问题 你知道站台做成这样一个小坡有什么好处吗 学生共同讨论教材第 76 页例题 题及题解略 教师指出 应用机械能守恒定律解题简洁便利 不仅适用于直 线运动 也适用于做曲线运动的物体 在运用过程中要关注定律的适用条件以及一些解题 基本方法 分析以上解题过程归纳出 应用机械能守恒定律解题的基本步骤 1 根据题意 选取研究对象 物体或相互作用的物体系 2 分析研究对象在运动过程中所受各力的做功情况 判断是否符合机械能守恒的条 件 3 若符合条件 先要选取合适的零势能的参考平面 确定研究对象在运动过程的初 末状态的机械能值 4 根据机械能守恒定律列方程 并代入数值求解 七 能量守恒定律 指导学生阅读教材第 77 页内容 回答问题 能