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1、第7章第8節(jié)《機(jī)械能守恒定律》教學(xué)設(shè)計(jì) 阜陽三中 劉秀 　　【學(xué)情分析】 　　學(xué)生已經(jīng)在初中學(xué)習(xí)過有關(guān)機(jī)械能的基本概念，對(duì)“機(jī)械能”并不算陌生，接受起來相對(duì)輕松。通過前幾節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，同學(xué)們對(duì)“機(jī)械能”這一概念較初中有了更深認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律學(xué)生比較容易理解。 　　【教材分析】 　　　本節(jié)課是本章的重點(diǎn)內(nèi)容，要求學(xué)生能初步掌握機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容并能用來解決一些簡(jiǎn)單問題。機(jī)械能守恒條件的判定、機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用，是教學(xué)的重點(diǎn)。運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解答相關(guān)的問題，這一內(nèi)容在整個(gè)高中力學(xué)中又起著承前啟后的作用，在物理學(xué)理論和應(yīng)用方面十分重要，不同運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)化和守恒的

2、思想能指引我們揭露自然規(guī)律、取得豐碩成果。但這種思想和有關(guān)的概念、規(guī)律，由于其抽象性強(qiáng)，學(xué)生不易理解、掌握。學(xué)生要真正的掌握和靈活運(yùn)用還是很困難。機(jī)械能守恒定律的探究建立在前面所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，教材上通過多個(gè)具體實(shí)例，先猜測(cè)動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，引出對(duì)機(jī)械能守恒定律及守恒條件的探究，聯(lián)系重力勢(shì)能和重力做功及彈性勢(shì)能與彈力做功的關(guān)系的學(xué)習(xí)，由定性分析到定量計(jì)算，逐步深入，最后得出結(jié)論，并通過應(yīng)用使學(xué)生領(lǐng)會(huì)定律在解決實(shí)際問題時(shí)的優(yōu)越性。在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，力圖通過生活實(shí)例和物理實(shí)驗(yàn)，展示相關(guān)情景，激發(fā)學(xué)生的求知欲，引出對(duì)機(jī)械能守恒定律的探究，體現(xiàn)從“生活走向物理”的理念，通過建立物理模型，由淺入深

3、進(jìn)行探究，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)科學(xué)的研究方法，并通過規(guī)律應(yīng)用鞏固知識(shí)，體會(huì)物理規(guī)律對(duì)生活實(shí)踐的作用。 【教學(xué)目標(biāo)】 　　根據(jù)教材特點(diǎn)（注重思想性、探究性、邏輯性、方法性和哲理性）和學(xué)生的特點(diǎn)以及高中新課程的總目標(biāo)（進(jìn)一步提高科學(xué)素養(yǎng)，滿足全體學(xué)生終身發(fā)展需求）和理念（探究性、主體性、發(fā)展性、和諧性）和三維教學(xué)目標(biāo)（知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀）的要求特制定教學(xué)目標(biāo) 1．知識(shí)與技能 　?。?）知道什么是機(jī)械能。 　　（2）知道物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。 　?。?）理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容。 　?。?）掌握機(jī)械能守恒的條件。 　　（5）學(xué)會(huì)在具體問題中，能判定機(jī)械能是否守恒，

4、并能列出機(jī)械能守恒的方程式。 　?。?）初步學(xué)會(huì)從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)來解釋物理現(xiàn)象，分析問題的方法，提高運(yùn)用所學(xué)知識(shí)綜合分析、解決問題的能力。 　　2．過程與方法 　?。?）學(xué)會(huì)在具體的問題中判定物體的機(jī)械能是否守恒； 　　（2）初步學(xué)會(huì)從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)來解釋物理現(xiàn)象，分析問題。 　　3．情感、態(tài)度與價(jià)值觀 　　（1）培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題，并利用已有知識(shí)探索學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力。 　　（2）通過教學(xué)過程中各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，如：觀察、實(shí)驗(yàn)等，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 　　（3）通過能量守恒的教學(xué)，使學(xué)生樹立科學(xué)觀點(diǎn)，理解和運(yùn)用自然規(guī)律，并用來解決實(shí)際問題

5、。 　?。ㄋ模┙虒W(xué)重難點(diǎn) 　　1．教學(xué)重點(diǎn) 　　（1）掌握機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)、建立過程，理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容。 　?。?）在具體的問題中能判定機(jī)械能是否守恒，并能列出定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 　　2．教學(xué)難點(diǎn) 　?。?）從能的轉(zhuǎn)化和功能關(guān)系出發(fā)理解機(jī)械能守恒的條件。 　?。?）能正確判斷研究對(duì)象在所經(jīng)歷的過程中機(jī)械能是否守恒，能正確分析物體系統(tǒng)所具有的機(jī)械能，尤其是分析、判斷物體所具有的重力勢(shì)能。 　　3．突破重難點(diǎn)的方法 　　采用情景→問題→分析與活動(dòng)→總結(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)模式，以老師指導(dǎo)下的學(xué)生活動(dòng)為主。通過這樣一個(gè)設(shè)計(jì)過程，學(xué)生理解機(jī)械能守恒定律的條件容易多了，整個(gè)難點(diǎn)的克服

6、過程通過這樣四個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體。這種運(yùn)用歸納法的思想，從一個(gè)個(gè)典型的物理情景中總結(jié)出科學(xué)的結(jié)論，可以大大調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。在隨后的課堂練習(xí)和課外作業(yè)中，學(xué)生對(duì)守恒條件的認(rèn)識(shí)和理解很準(zhǔn)確到位，提高課堂教學(xué)的效果。 　【教學(xué)過程和設(shè)計(jì)意圖】　　 （一）創(chuàng)設(shè)情境 導(dǎo)入新課　　 游戲1：最強(qiáng)勇士挑戰(zhàn)賽 男生組、女生組挑戰(zhàn)插滿竹簽的蘋果碰鼻實(shí)驗(yàn)，以驚激趣，以趣生疑，以疑引思，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激起探究欲望。再適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生分析：在重錘“撲鼻而來”之時(shí)，有無躲閃的必要？在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生分析討論，大膽提出猜想。這有驚無險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)，反映了機(jī)械能在轉(zhuǎn)化過程中具有

7、一定的規(guī)律性：即機(jī)械能在轉(zhuǎn)化過程中，不會(huì)無故增加或減少。 游戲2：最強(qiáng)大腦挑戰(zhàn)賽 引導(dǎo)學(xué)生對(duì)翻滾過山車原型進(jìn)行合理的假設(shè)，通過簡(jiǎn)化處理，建立物理模型，再用離心軌道（如圖）模擬這一運(yùn)動(dòng)，創(chuàng)設(shè)適于提出問題的情境，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突： ⑴翻滾過山車何處最驚險(xiǎn)？ ⑵如要安全過關(guān)，對(duì)釋放高度有何要求？ ⑶釋放點(diǎn)低于圓軌最高點(diǎn)，行不？（演示之） ⑷等高呢？運(yùn)動(dòng)情景如何？（請(qǐng)學(xué)生描述并演示） ⑸釋放點(diǎn)再高一點(diǎn)？（多次演示，探求臨界點(diǎn)） 這樣，通過嘗試的方法雖然確定了該點(diǎn)，但過程機(jī)械重復(fù)，精度不高，能否利用理論分析，通過定量計(jì)算的方法一步到位呢？而通過本堂課的學(xué)習(xí)，將有助于此類問題的解決，激勵(lì)學(xué)

8、生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。通過引起視覺沖擊的視頻和后續(xù)模擬實(shí)驗(yàn)，建立具體情景，學(xué)生有了思維的依托，將理性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化成了親身體驗(yàn)的“感性”認(rèn)識(shí)，繼而引導(dǎo)學(xué)生利用該裝置分析能量的轉(zhuǎn)化過程，最后由學(xué)生總結(jié)可以得到：動(dòng)能和重力勢(shì)能是可以相互轉(zhuǎn)化的。這樣，利用一套實(shí)驗(yàn)裝置有序展開教學(xué)活動(dòng)，完成多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，有效地提高了課堂教學(xué)效率。 　?。ㄔO(shè)計(jì)意圖：為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且為本節(jié)課結(jié)束時(shí)的反饋埋下伏筆。同時(shí)為下面的實(shí)驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ)。） 　　（二）層層深入 進(jìn)行新課 　　一．動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化 　　 播放剪輯合并的視頻（電影饑餓游戲2、速度與激情7 ，快樂大本營(yíng)之蕭敬騰挑戰(zhàn)賽等）感受強(qiáng)大而刺激的動(dòng)能和

9、勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化。 （演示實(shí)驗(yàn)）依次演示自由落體、豎直上拋、滾擺、單擺和彈簧振子，提醒學(xué)生注意觀察物體運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能、勢(shì)能的變化情況。 　?。▽W(xué)生活動(dòng)）體驗(yàn)到高度大時(shí)速度小，速度小時(shí)高度大，進(jìn)而得到重力勢(shì)能大時(shí)動(dòng)能小，勢(shì)能小時(shí)動(dòng)能大。在引導(dǎo)學(xué)生分析物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化過程中得出重力勢(shì)能增大（減?。┑倪^程就是動(dòng)能減少（增大）的過程。 （提出問題）通過上述分析，我們得到動(dòng)能和勢(shì)能之間可以相互轉(zhuǎn)化，那么在動(dòng)能勢(shì)能的轉(zhuǎn)化過程中，動(dòng)能和勢(shì)能的和有什么變化呢？ 給出機(jī)械能的概念以及要實(shí)驗(yàn)探究的課題 　二、探究規(guī)律找出機(jī)械能不變的條件 2.1 定性實(shí)驗(yàn)探究 2.1.1 伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)以及思考 2

10、.1.2 擺球擺動(dòng)過程中動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化 以問題鏈為線索，緊扣規(guī)律探究這一中心，結(jié)合演示層層深入： ⑴擺球在放手后的振動(dòng)過程中，動(dòng)能與重力勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化過程中有何規(guī)律？ ⑵如何確定機(jī)械能在轉(zhuǎn)化過程中總量不變？ （作出經(jīng)過釋放點(diǎn)的水平線，看擺球能否回到同一水平線。） ⑶如果擺球在振動(dòng)過程中，碰到釘子呢？（多次移動(dòng)釘子改變其位置，演示之。） ⑷嚴(yán)格地講，擺球真的能擺到同一高度嗎？（擺球放手后，“幾乎”能擺到同一高度。） 其原因是什么? （因?yàn)橛凶枇ψ饔?，?jīng)過多次擺動(dòng)后，小球不能達(dá)到原來的高度。） ⑸如果增大阻力，結(jié)果又如何？（用相同大小的紙球） ⑹綜合以上分析，動(dòng)能與勢(shì)能在

11、相互轉(zhuǎn)化相互中，規(guī)律如何？ 在實(shí)驗(yàn)過程中引導(dǎo)學(xué)生觀察，把實(shí)驗(yàn)觀察內(nèi)容細(xì)化成問題來激發(fā)學(xué)生思考，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)行有目的的觀察，對(duì)于掌握知識(shí)及培養(yǎng)觀察品質(zhì)和思維能力都十分有效。抽象的物理原理寓于簡(jiǎn)單的擺球?qū)嶒?yàn)之中，使學(xué)生從中獲得豐富的感性認(rèn)識(shí)，也就可以水到渠成地提出猜想，得到規(guī)律。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論： 在忽略阻力的情況下，小球動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，小球好像“記得”初始位置，即動(dòng)能和勢(shì)能的總和是守恒的。 2.2 理論探究機(jī)械能守恒條件 　?。ㄒ龑?dǎo)學(xué)生自主探究并展示）設(shè)一質(zhì)量為m的物體在自由下落過程中，經(jīng)過離地高度為h1（任選的）A點(diǎn)時(shí)速度為V1，下落到離地高度為h2（任選的）的B點(diǎn)時(shí)

12、的速度為V2。由學(xué)生用學(xué)習(xí)過的知識(shí)（牛頓定律或動(dòng)能定理），分析下落過程中A、B兩位置的機(jī)械能之間的數(shù)量關(guān)系。 　　 物體從A運(yùn)動(dòng)到B， WG=mv22-mv12=EK2-EK1 　　再由重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系有： 　　WG=mgh1-mgh2= EP1-EP2 　　得到：EK2-EK1= EP1-EP2 ① 　　移項(xiàng)后，得：EP1 +EK1= EP2 +EK2 ② 　　即EA=EB 　　2．2 只有彈力做功分析 　　提出問題：勢(shì)能包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能，只有彈力做功時(shí)，機(jī)械能也守恒嗎？ 　?。ǘ嗝襟w展示）氣墊導(dǎo)軌上的水平彈簧振子，觀察振動(dòng)過程。

13、 　　由學(xué)生分析振動(dòng)過程的能量轉(zhuǎn)化和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，結(jié)合前面已經(jīng)探究過的彈力做功與彈性勢(shì)能的關(guān)系，類比重力做功，進(jìn)行定性分析。 　　引導(dǎo)學(xué)生分析守恒條件，歸納結(jié)論（注意要加深對(duì)條件的理解） 　　1．物體只受重力，不受其他力，如自由落體運(yùn)動(dòng)。 　　2．除重力外，物體受其他力，但其他力不做功。 　　3．除重力外，物體受其他力，其他力做功，但其他力對(duì)物體所做的總功為零。 　　結(jié)論（課件展示）：如果沒有摩擦和空氣等介質(zhì)阻力，則勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化時(shí)，勢(shì)能（動(dòng)能）減少的量等于動(dòng)能（勢(shì)能）增加的量，機(jī)械能的總量不變，即機(jī)械能守恒。 　　如果有摩擦或介質(zhì)阻力，則勢(shì)能（動(dòng)能）減少的量大于動(dòng)能（勢(shì)能）增加

14、的量，也就是機(jī)械能的總量有損失、不守恒。 　　2.3 DIS實(shí)驗(yàn)定量驗(yàn)證 綜上所述，可以得到：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。在規(guī)律探究過程中，從定性到定量，從實(shí)驗(yàn)探究到演繹推理，雙管齊下，層層深入，使學(xué)生對(duì)規(guī)律更加信服；同時(shí)，注重對(duì)學(xué)生思維能力的訓(xùn)練和提高，讓學(xué)生領(lǐng)悟物理研究的科學(xué)方法。 三、機(jī)械能守恒定律 1、內(nèi)容：在只有重力(或系統(tǒng)內(nèi)彈力)做功的情形下，物體的動(dòng)能和勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變． 2、數(shù)學(xué)表達(dá)式 (1)從能量守恒的角度：Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2. (2)從

15、能量轉(zhuǎn)化的角度：ΔEk＝－ΔEp. 3.機(jī)械能守恒的條件 （1）做功角度：只有重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力做功． （2）從能量轉(zhuǎn)化角度：只有動(dòng)能和勢(shì)能之間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 （三）應(yīng)用拓展，學(xué)以致用 　　3．1 典型例題 【題1】(多選)如圖所示，下列關(guān)于機(jī)械能是否守恒的判斷正確的是(　　) A．甲圖中，物體A將彈簧壓縮的過程中，A機(jī)械能守恒 B．乙圖中，A置于光滑水平面，物體B沿光滑斜面下滑，物體B機(jī)械能守恒 C．丙圖中，不計(jì)任何阻力時(shí)A加速下落，B加速上升過程中，A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 D．丁圖中，斜面光滑，物體在斜面上下滑的過程中，物體機(jī)械能守恒 【題2】設(shè)圓軌道半徑為R，

16、不考慮阻力，小球至少從距地面多高處釋放，小球可以安全通過圓軌道的最高點(diǎn)？ 分析：設(shè)小物塊在圓形軌道最高點(diǎn)的速度為v，取軌道最低點(diǎn)為零勢(shì)面，由機(jī)械能守恒定律得 mgh＝2mgR＋mv2/2 mg＋FN＝ mv2/R FN≥0 得h≥5R/2 【拓展】現(xiàn)象解釋 簡(jiǎn)介沈陽怪坡現(xiàn)象探究其怪因。出示滾輪實(shí)驗(yàn)裝置（如圖），進(jìn)行模擬演示后，引導(dǎo)學(xué)生初步分析怪坡現(xiàn)象的成因，鼓勵(lì)學(xué)生上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，組織小組討論，開展研究性學(xué)習(xí)，并對(duì)此作出合理解釋。 怪坡密切聯(lián)系實(shí)際，為物理課堂教學(xué)開窗，與應(yīng)用實(shí)踐搭橋，這樣，規(guī)律學(xué)習(xí)過程中，重視學(xué)生的情感體驗(yàn)，通過自制科學(xué)玩具

17、的展示，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激起學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，教師應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生把物理規(guī)律運(yùn)用到實(shí)際生活中去，鼓勵(lì)學(xué)生參與課外小制作，讓學(xué)生從課堂走向生活，從生活走向物理，從物理走向社會(huì)。讓所學(xué)規(guī)律接受實(shí)踐檢驗(yàn)，從而使學(xué)生在知識(shí)運(yùn)用過程中，獲得更深入的認(rèn)識(shí)或展開進(jìn)一步的探討。 （四）課堂總結(jié)和反思　 　本節(jié)通過生活實(shí)例和物理實(shí)驗(yàn)，媒體資源，運(yùn)用信息技術(shù)手段、DIS傳感器激發(fā)學(xué)生的求知欲，引出對(duì)機(jī)械能守恒定律的探究，體現(xiàn)從“生活走向物理”的理念，通過建立物理模型，由淺入深進(jìn)行探究，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)科學(xué)的研究方法，并通過規(guī)律應(yīng)用鞏固知識(shí)，體會(huì)物理規(guī)律對(duì)生活實(shí)踐的作用。 我們通過演示實(shí)驗(yàn)歸納總結(jié)

18、了動(dòng)能和勢(shì)能之間可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，了解了只有重力做功或只有彈簧彈力做功的情況下，物體的機(jī)械能總量不變，通過簡(jiǎn)單的實(shí)例分析、加深對(duì)機(jī)械能守恒定律的理解。機(jī)械能守恒定律是本章教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)是使學(xué)生掌握物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒的條件；能夠正確分析物體系統(tǒng)所具有的機(jī)械能，尤其是分析、判斷物體所具有的重力勢(shì)能，是本節(jié)學(xué)習(xí)的難點(diǎn)之一。實(shí)驗(yàn)是課堂教學(xué)極為重要的教學(xué)手段，盡管科技的發(fā)展為物理課堂教學(xué)提供了豐富多彩的平臺(tái)，但物理實(shí)驗(yàn)仍然有其不可代替的作用。物理課堂教學(xué)是學(xué)生個(gè)體智力活動(dòng)與教師課堂教學(xué)高效結(jié)合的過程，既是科學(xué)又是藝術(shù)，有其自身的科學(xué)性和策略性。這就要求教師在課堂教學(xué)過程中必須根據(jù)物理學(xué)科的特點(diǎn)和現(xiàn)代中學(xué)生的認(rèn)知心理學(xué)特點(diǎn)，合理安排教學(xué)過程、教學(xué)方式和手段。在體現(xiàn)物理的科學(xué)性、嚴(yán)密性的同時(shí)，在教學(xué)中教師應(yīng)善于創(chuàng)設(shè)情境，很有必要在物理課堂上適時(shí)，適度，適量地引入實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生在感性的物理情境中感受物理、體驗(yàn)物理，不斷發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行探究，進(jìn)而解決問題，在豐富的情境中積極探索，發(fā)展思維，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)