《机械能守恒定律》教学设计正式版

《机械能守恒定律》教学设计玉环中学 徐立海【设计思想】本设计力图通过生活实例和物理实验 ,展示相关情景，激发学生的求知欲，引出对机械能守恒定律的探究 ,体现“从生活走向物理”的理念，重视对物理结论形成过程进行优化设计，注重引导学生体验规律的探究过程。 通过建立物理模型 ,由浅入深进行探究 ,让学生领会科学的研究方法 ,并通过规律应用巩固知识 ,初步掌握运用能量转化和守恒来解释物理现象及分析问题的方法， 体会科学探究中的守恒思想， 体会物理规律对生活实践的作用， 领悟机械能守恒规律解决问题的优点，形成科学价值观。【教材分析】本节内容与全章有紧密的逻辑关系， 是全章知识链中重要的一环。 新课标要求“理解机械能守恒定律。用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。”机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律的一种特殊情况， 本节中对定律的探究建立在此前所学知识的基础上， 教材通过小实验“做一做”展示了与探究守恒量的联系，通过多个具体实例，先猜想动能和势能的相互转化的关系， 引出对机械能守恒定律及守恒条件的探究， 联系重力势能和重力做功及弹性势能与弹力做功的关系的学习， 由定性分析到定量计算， 逐步深入，最后得出结论，并通过应用使学生领会定律在解决实际问题时的优越性。 在教学设计时， 要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。【学情分析】学生在初中阶段已初步了解机械能及能量守恒的内容。在本节前已经历了探究守恒量、重力势能的概念和弹性势能的表达式的学习。 知道机械能的概念， 了解力做功过程也是能量从一种形式转化为另一种形式的过程， 这些知识是本节内容学习的基础。 能正确分析物体系统内所具有的机械能， 判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒及用定律解决实际问题是学生学习中的难点，要通过辨析和应用增进理解和巩固。【教学目标】知识与技能⑴理解物体的动能和势能可以相互转化，知道什么是机械能；⑵理解机械能守恒定律的内容和适用条件；⑶会判定具体问题中机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律分析实际问题过程与方法⑴学习从物理现象分析、推导机械能守恒定律及适用条件的研究方法。⑵让学生经历运用光电门传感器实验来验证机械能守恒的过程，并体会研究的方法。⑶初步掌握运用能量转化和守恒来解释物理现象及分析问题的方法。情感、态度与价值观体会科学探究中的守恒思想，养成探究自然规律的科学态度，领悟机械能守恒规律

解决问题的优点，形成科学价值观。【教学重点】⑴机械能守恒定律的推导与建立，以及机械能守恒定律含义的理解；⑵机械能守恒定律的条件和机械能守恒定律的实际应用。【教学难点】⑴机械能守恒的条件及对机械能守恒定律的理解。⑵能正确分析物体系统内所具有的机械能， 判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。【教学模式】引导探究”教学是指学生围绕某一问题，利用教师提供的资料，在教师的引导和点拔下，积极思维，参与亲自探究、自主学习的过程。引导探究，又称为半开放式探究，主要分为三个阶段：第一阶段由教师根据教学内容创设情境， 以问题引起学生的求知欲， 第二阶段是学生根据问题提出猜想和假设， 并通过师生间共同研讨，或是学生展开协作学习来拟定思路、设计方案、理论推演或实验验证，第三阶段是在探究基础上得出结论， 教师布置巩固练习和变式训练，学生迁移应用结论；或是通过探究发现新的问题。“引导探究”教学，重在探究，贵在引导。教师在整个教学过程中是组织者和引导者，

课堂上教师的主要任务是“导思、导议和导练” 。“引导探究”教学首先要创设问题情境、架设探究桥梁，对知识信息进行组织， 给学生指明探究的方法和途径。然后， 针对不同难度的问题，针对不同层次的学生进行引导、点拔。既要把握好分寸，又要适时适量。针对以上问题，可采取“扶”、“引”、“放”三个层次的教学策略。 “引导探究”教学强调学生知识技能的掌握、能力的形成和态度的培养在探究过程中的统一。本课的设计就采用“引导探究”教学模式，拟引导学生经历以下探究过程：创设情境-提出问题-拟定思路-理论推演-评析成果-实验验证-总结规律-应用规律【教学器材】重锤、细线、小钢球、网兜、祛码、泡沫球、钉子、铁架台、光电门传感器及数据采集器、弹簧振子、气垫导轨等。【教学过程】-、动能与势能相互转化在课间播放音乐视频“飞越彩虹”，让学生欣赏瀑布的优美，感受到能量的流转。在课前播放视频“阿尔卑斯山大雪崩” ，让学生强烈地感受大自然能量的可怕。存在两种形式的能量：动能和重力势能，巨大的动能是由势能转化而来的。存在两种形式的能量：动能和重力势能，巨大的动能是由势能转化而来的。雪崩瀑布雪崩高度与速度：(1)为了获得更大的速度，就需要减小高度；(2)为了获得更大的高度，就需要减小速度。(3)既要获得更大的高度，又要获得更大的速度，不能实现。 (鱼和熊掌不可皆得)师：这是为什么呢？请同学们从能量的角度进行分析。答：下降时，重力做正功，重力势能减少，减少的重力势能转化成了动能；上升时，重力做负功，动能减少，减少的动能转化成了重力势能。结论：通过重力做功，动能和重力势能可以相互转化。再例举蹦床运动、荡秋千说明动能和重力势能的相互转化。师：之前，我们还学过另外一种势能-弹性势能，那么弹性势能与动能是否也能发生相互转化呢？答：如图所示，拉弓射箭、撑杆跳高。实验演示弹簧振子的阻尼振动。结论：通过弹力做功，弹性势能与动能可以相互转化。师：我们可以看到，重力势能、弹性势能与动能之间具有密切的联系，所以物理把它们统称为机械能。通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化成另一种形式。二、探究机械能守恒定律.创设情境实验1:（激疑）重锤用细绳悬起，请一同学靠近，将钢球偏至同学鼻子处释放，摆回时,看同学反应。（同学有意识地避开）师：释放重锤，摆回时会碰到鼻子吗？怎么知道？ （学生联系到伽利略理想实验中的判断,认识到若无空气阻力，应该摆到等高处，不会碰到鼻子）。（分析后引出提出问题），摆动过程中两边最高点位置确实等高吗？实验2:将小球悬线一端用挂钩系住贴在铁质黑板上，让小球摆动，通过实验发现，小球可以摆到跟释放点等高处，再用一钉子，放于某点挡住细线，再观察，发现仍能摆到等高处。师：请同学讨论，上述实验现象说明了什么？口由实验证实，小球在左右两个极端位置时的机械能相等。□根据如图所示的频闪照片，定性分析得出：小球向下摆时，势能减小，动能增加；小球向上摆时，势能增加，动能减小。然后提出问题：小球向下摆时，动能的增加量是否刚好师：还记得理想斜面实验吗？一个小球从一个斜面滑下， 总能冲到另一个斜面上的原来等高线位置。概括两个实验，小球在运动中总能“记得”自己原来的高度，总能回到自已原来的高度，这是否需要什么条件呢？生：没有空气阻力及摩擦阻力。师：是否只要不存在空气阻力及摩擦阻力，就能确保小球能够回到原来高度呢？生：不是的，如果我们用手或其它东西去阻挡一下摆动中的小球， 小球同样不能到达最高度点。师生共同分析得出，小球总能“记得”自己原来的高度， 总能回到自已原来的高度的条件是：只有重力做功。（表述要明确）师：如果小球的运动轨迹既不是圆弧也不是理想斜面，而是在一般的形状不规则的光滑曲面上运动，是否也能回到原来的高度呢？生：应该是的。

只有重力做功口_£^4+量■.提出问题在只有重力做功的情况下，物体系统内的机械能是否保持守恒?.拟定思路回顾之前对于重力势能和动能的研究，是否有什么成果或研究的方法可值得借鉴的呢?产动能的变化 合力做功应用功能关系，、势能的变化 重力做功W^=EK2-EK1W^=EK2-EK1Wg=Epi-Ep25.评析成果=Eki'EpiEpi1：E2=Ei^>W^=E2-E1(1)只有重力做功(1)只有重力做功(2)还有它力做功E2=Ei机械能保持守恒；W^=E2-Ei机械能的变化由它力做功多少来量度;(3)机械能守恒是有条件的， W它=0。理论结果要让人信服，需要在实验中能够得到检验。.实验验证实验目的：测定A、B、C、D、E五个位置的机械能，并验证机械能是否相等。本实验装置可以用铁夹固定在白板上边缘，预先画出若干条四条等间距水平线。由于演示一中只能说明始末两个位置的机械能是相等的，并不能直观说明摆动过程中每一个位置的机械能都始终保持不变，即不能说明“守恒”这一特征，所以可以通过测定任何位置的机械能来直观直接地说明机械能是否不变。以B点为例，实验中需要测定的是该位置的高度(以最低点 D为零势能处)和通过该点时的瞬时速度大小。速度可以用光电门和数据采集器测量，光电门的一侧用双面胶贴好后，可直接粘在白板上相应位置。几点说明：①通过实验发现，要保证实验效果，光电门摆放时要注意正对圆心即悬点位置， 光电门上的小孔要正好放在摆的重心所要经过的路径上，如图所示。

②摆锤改用祛码而不用小球， 原因是使用小球时，很难保证小球重心经过光电门的小孔， 即挡住光电门小孔的往往是某根弦而非直径， 导致速度测量误差很大。而祛码的下半部分是圆柱体，可以保证每次经过光电门时直径是相同的，从而减少速度测量的误差。③祛码的直径事先测量好，本实验所用的 100g的祛码，直径为0.0205ml④数据处理设计如下表的表格：\物体直径d（m）物体通过光电门的时间t（s）速度v(m/s)动能Ek—mv2(J)2高度h(m)势能Epmgh(J)机械能E=Ek+Ep(J)1(位置A)2(位置B)3(位置CC4(位置DD5 E)⑤重力加速度g取9.8m/s;把测量好的时间和高度直接输入 Excel表格中，后面的数据自动生成，可以很直观地看到机械能的数值在实验误差允许范围内相等。⑥调整装置，使摆锤与白板摩擦接触或换成泡沫球，再做实验，观察现象，分析结果。.总结规律通过理论的推演和实验的验证，我们现在就可以得出一个新的物理规律：机械能守恒定律：只有重力做功时，物体系统内的机械能守恒。设问：势能包括重力势能和弹性势能，只有弹力做功时，机械能与守恒吗？师：请同学讨论振动过程的能量转化和实验结论，前面我们已经探究过了重力做功与弹性势能的关系，类比重力做功，进行分析。生：Wf=-mv22——mvi2Epi-Ep2=EK2-EKi2 2结论：只有弹力做功时，系统机械能守恒实验4:（验证）气垫导轨上的水平弹簧振子，观察振动过程。实验5:演示竖直弹簧振子的振动，观察现象。师生共同分析，得出结论（板书）：在只有重力和弹力做功的物体系统内，动能和势能可以互相转化，而总的机械能保持不变师：（定律的理解）在只有重力和弹力做功的物体系统内 ”是机械能守恒的条件而总的机械能保持不变”是结论动能和势能可以互相转化”是系统内重力或弹力做功的结果。板书：□只有重力做功或3□只有重力做功或3单力做功上K2+Epa-七4十口还有它力做功8.应用规律例1：分析下列情况下机械能是否守恒？A.跳伞运动员从空中匀速下落过程B.集装箱被起重机匀速吊起C