2020-2021学年高中物理-第四章-机械能和能源-第4节-机械能守恒定律教案3-粤教版必修2.doc

2020-2021学年高中物理 第四章 机械能和能源 第4节 机械能守恒定律教案3 粤教版必修2

2020-2021学年高中物理 第四章 机械能和能源 第4节 机械能守恒定律教案3 粤教版必修2

年级：
姓名：

- 8 -

机械能守恒定律
一、课标要求　　　　　
机械能守恒定律一节的内容与本章的各节内容有紧密的逻辑关系，是本章知识中重要的一环，更是具有广泛意义的能的转化和守恒定律的一个特例。
教材由归纳法思路展开，先通过列举实例分析，然后通过逻辑推理和数学推导，明确定律公式的意义与条件。教学过程要求学生充分参与探究机械能守恒内容及其条件的全过程，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。要求学生能用机械能守恒定律分析生产生活中的有关问题。
二、教学设计思想　　　　　
1、学情分析
我校生源学习水平较为普通，抽象思维能力不强，理论推导与分析能力较弱。对新知识的同化与顺应需要较多举例才能帮助其很好理解。对于机械能守恒的理解，首先学生对“守恒”这个概念很陌生，容易把“守恒”与“相等”等价起来。其次，“守恒”包含相等的意思，所以先讨论两个位置的机械能相等更容易让学生理解，然后由点过渡到线讨论过程机械能守恒就很自然了。
2、设计思路
本课教学根据学生学情主要归纳法展开教学。先创设物理情景，通过几个常见具体实例，先分析动能和势能的相互转化的关系，提出机械能守恒问题，引出对机械能守恒定律的猜想及守恒条件的探究，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再到理论探究，逐步深入，最后理论上得出守恒表达式；教学中还让学生自主设计验证实验的方案，然后教师引导学生完善实验方案，并提出修改意见，最后指导学生自主完成实验，证实猜想。
机械能守恒定律的适用条件是本节的难点。因此，通过教师的启发、引导，师生互动等形式，师生互探守恒条件。先让学生在守恒的物理情境中摸索：守恒条件可能是不受阻力作用。再通过对比实验，让学生明白：守恒条件与受力性质无关。最后教师引导学生寻找守恒模型的共性：机械能守恒时只有重力做功。最后引入弹簧振子模型，通过对新模型研究，拓展守恒条件：只有重力或弹力做功。
在整个机械能守恒内容及其条件的探究过程中，通过物理情景、演示实验及设计实验，创设良好学习氛围，充分调动学生学习的积极性和主观能动性，使学生对机械能守恒定律的了解由感性认识升华为理性认识。通过逻辑推理和数学推导得出物理规律，再由物理实验证实猜想，验证守恒定律．让学生在观察、分析、归纳、总结中体会机械能守恒定律，理解机械能守恒条件。
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,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,体会物理规律对生活实践的作用。
三、学科核心素养　　　　　
物理观念
1．知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化。
2．理解机械能守恒定律的内容。
3．在具体问题中能判断机械能是否守恒，并会列机械能守恒的方程式。
4．初步学会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象，分析物理问题。
科学思维
在定性分析与定量计算的基础上，学生结合动能定理对机械能守恒定律进行理论推导。
科学探究
1．学生建立摆球模型定性分析摆球的动能与重力势能的转化关系。
2．学生建立自由落体模型定量计算小球的动能与重力势能的转化关系。
科学态度与责任
1．通过分析利用秒表测量小球自由下落时间的误差，进而提出利用更科学的打点计时器测量速度的方法培养学生严谨的科学态度。
2．通过探究活动，培养学生积极主动探究知识的态度和合作精神。
四、教学重、难点　　　　　
重点：理解机械能守恒定律的内容。．
知道机械能守恒定律及其适用条件。
难点：能从能的转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件。
能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。
五、教学用具　　　　　
单摆、小钢球、秒表、米尺和学生设计实验可能需要的仪器。
六、教学过程　　　　　
游戏引入：碰鼻游戏
问题：游戏中小球往回摆动时为什么只能摆到原来位置？
知识复习：(利用多媒体投影提出问题)
1．本章中我们学习了哪几种形式的能？它们各是如何定义的？
动能、重力势能、弹性势能。
2．动能定理的内容和表达式是什么？
物体所受合外力所做的功等于物体动能的改变，即W＝Ek2－Ek1.
3．重力所做的功与物体重力势能的变化之间有什么关系？
重力所做的功和物体重力势能之间变化的关系为：WG＝Ep1－Ep2.
创设物理情境，引入新课：
演示：小球自由下落
设置问题：
高度如何变化？重力势能如何变化？
小球受什么力作用？重力做什么功？动能如何变化？
[学生讨论]：自由下落的物体动能不断增大，重力势能减少．
重力是合力，重力做正功，由动能定理可知动能增加。
[教师引导]：在情景中的运动模型中，动能和势能相互转化，其中，一种能量增大，另一种能量则减少，那么这两种能量的总和——机械能怎么变化？
提出问题：在运动模型中，物体的机械能如何变化？
大胆猜想：运动模型中，物体的动能和势能相互转化，而机械能总量不变。
建立模型、科学探究——提出机械能总量不变的问题
（1）定性分析
设计方案、实验探究——机械能总量不变
学生活动：老师提供相关器材，引导学生完成探究任务。
方案：摆球运动
实验设计：在黑板上方的长钉上(O点)通过细绳系一摆球，并在黑板上画出水平直线，将摆球由左端水平线高度(A位置)由静止释放。
甲
乙
实验现象：小球可以摆到跟A点等高的B点，如图甲．如果用尺子在某一点挡住细线，小球虽然不能摆到B点，但摆到另一侧时，也能达到跟A点相同的高度，如图乙)

师：在这个小实验中，小球的受力情况如何?各个力的做功情况如何?这个小实验说明了什么问题?
生：小球在摆动过程中受重力和绳的拉力作用．拉力和速度方向总垂直，对小球不做功，只有重力对小球能做功。
实验证明，小球在摆动过程中重力势能和动能在不断转化。在摆动过程中，小球总能回到原来的高度。可见，摆动过程中初末位置机械能相等。
师：初末位置相等，与其它位置机械能大小相等吗？怎么研究？
（2）定量计算
方案二、自由落体
实验仪器：刻度尺、秒表
需测量的量：小球初位置高度h，小球从开始下落到落地所需要时间t；
需计算的量：初位置重力势能Ep＝mgh(以地面为零势能面)，落地速度v＝gt，落地动能Ek＝mv2.
分析Ep与Ek的关系。
学生自主实验探究、、、、、、
实验结论：小球在自由下落中，在误差允许范围内，初末位置机械能相等
师：如果改变下落高度，实验结论还成立吗？说明什么？
学生推理演绎：如果我们改变下落距离，这个结论依然成立！这说明初始位置的机械能与下落过程中任意一个位置的机械能都相等！即小球下落过程机械能守恒！
师：该实验方案很好，但用秒表测时间时，人为因素对实验结果影响较大，怎么改进？教师指导、改进实验：指导学生使用更精确的测量工具——打点计时器(这也为下节《验证机械能守恒定律》作好准备)。
（3）理论推导
实例2：自由落体运动
如图所示，一个质量为m的物体自由下落，经过高度为h1的A点时速度为v1，下落到高度为h2的B点时速度为v2。
(1)试分析在小球下落的过程中，各力对小球的做功情况；
(2)利用动能定理计算重力做功；
(3)利用重力做功与重力势能的变化关系来计算重力做功；
(4)通过计算确定A、B两任意位置的机械能关系。
学生活动：让学生分组进行理论探究
(1)忽略空气阻力的情况下，只有重力对物体做功。
(2)由动能定理可知：WG＝mv－mv
(3)由重力做功与重力势能的变化关系可知：WG＝mgh1－mgh2
(4)由(2)和(3)可知：mv－mv＝mgh1－mgh2
变形得：mgh1＋mv＝mgh2＋mv
即Ep1＋Ek1＝Ep2＋Ek2.
学生汇报探究结果：物体在运动过程中重力势能和动能相互转化，任意两个位置机械能相等！
师：在忽略空气阻力的情况下，任意两个位置机械能相等，即过程中动能与势能相互转化，但机械能保持不变！这叫做机械能守恒！守恒即是变中的不变！
得出结论、证实猜想：在以上几种运动模型中，物体在运动过程中机械能守恒。
师生互探——机械能守恒的条件
在这一教学环节中，教师要引导学生善于从实验现象中分析并归纳出物理规律，在学生遇到问题时，因势利导去开拓学生思路，进行师生互探。
师：以上几种情况中，物体在运动过程中机械能都守恒，那是不是说明机械能守恒在任何情况下都成立呢？
生：不是，例如刚才的单摆实验中，时间长了，小球摆动高度就会低于所画的水平线，最终会停在最低点．
[演示实验]：
现象1：铁制小球从A处无初速释放后，自由摆动到B点，B点与A点同高；
现象2：泡沫小球从A处无初速释放后，摆到最右端比A点位置低的B点。
生：实验1中机械能在摆动的过程中没有发生变化，机械能守恒．而实验2中很明显小球在B点处的机械能小于A点时的机械能，说明在摆动的过程中机械能不守恒．
师：很好，我们不妨就从实验中去寻找机械能守恒所需要的条件．
生：与铁制球相比较，泡沫小球所受空气阻力不可忽略．而在上面机械能守恒的几个事例中，都有一个条件：忽略空气阻力．以此猜测：当不受阻力时机械能可能会守恒．
师：非常好．现在我们就要探究机械能守恒是否与受力性质有关．
[构建新情景，师生再探]：
新模型：外力拉动一物体在斜面上匀速上升，机械能守恒吗？
生：不守恒，因为匀速运动，故动能不变，而在斜面上运动，其重力势能增加，因此机械能不守恒．
师：通过对比，我们发现机械能守恒与受力性质无关，而上述机械能守恒的物体(或系统)，外力做功都有共性．
生：是只有重力对物体做功，此时只有重力势能和动能相互转化，物体(或系统)机械能守恒．
建模再探：机械能包括动能、重力势能和弹性势能，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。让学生进行弹簧振子的简谐运动实验，探索在只有弹簧弹力做功的情况下，系统的机械能也守恒。
所谓只有重力或弹力做功，是指：物体只受重力或弹力，不受其他的力；或者除重力或弹力外还受其他的力，但其他力不做功。
课外探究：条件拓展——从能量转化角度理解守恒条件。
探究结论——机械能守恒定律：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能相互转化，而总的机械能保持不变。
七、教学反思　　　　　
1．本节课设计的思路：先通过碰鼻实验激发学生的学习兴趣，然后引入机械能这个概念，接下来分三个环节完成机械能守恒定律第一课时的教学：第一环节举例分析使学生理解动能和势能之间可以通过力做功实现相互转化，第二环节从定性分析到定量计算再到理论推导机械能守恒定律，第三步要使学生理解机械能守恒定律成立的条件。教学设计体系完整，但感觉教学容量过大。
2．本节课的教学设计中较多实例的分析，探究过程也较多，既体现了物理教学提倡实验、观察、思考的特点，又重视学生独立思考能力的培养。同时运用到的探究方法、形式也是多样化的，对学生而言，需要有坚实的理论基础和较强的动手能力。在教学过程中，教师已尽量做好引路人的角色，把握好节奏，适时引导点拨，给学生充分的发挥空间。但由于担心时间进度，处理不是很细致，不敢放开让学生讨论。特别在学生自主设计探究实验时，学生提出不同的方案没有得到充分的讨论与完善。
3．本节课的教学过程中先使学生了解势能和动能相互转化的定性关系，知道一种能量减少，必然导致另一种能量的增加；然后提出动能和势能转化有什么定量关系，让学生进行讨论与交流并提出猜想，然后通过探究实验来探究机械能守恒；最后能善于用逻辑推理与数学推导的方法来验证机械能守恒。从学生的学习情况来看，教学内容的处理基本达到了教学设计的要求，学生基本能够按照预设程序完成学习，且能够判断一些简单情景中机械能是否守恒。不足之处在于，所举的实例难以涵盖所有的情景，课堂时间有限，难以展开讲解。所以，在今后教学中，我应该注重基本方法和基本思路的形成，培养学生独立分析的能力。只有让学生掌握了最基本和最朴实的物理思想方法，才能以不变应万变，真正做到让学生举一反三。
4．机械能守恒条件是在教师的引导下，通过师生互探的形式，观察实验现象总结得出的，当然我们也可以从功能关系的角度进行理论上推导，这个作为下节课对机械能守恒的拓展之一。
八、教学点评
1．本节课梁老师采用归纳法展开整节课的研究。先由学生通过观察提出问题，然后自己提出假设，设计实验，最后理论探究机械能守恒定律，反映出教师对新课标关于“学科核心素养中的科学方法”的深刻理解和有效探索。
2．本节课学生能充分运用学过了动能定理和重力做功与重力势能变化的关系等前概念知识来深入探究本节课的新学知识，不仅反映出平时的教与学的较高水平，也体现了本节课教学设计的独到与匠心。
3．本节课容量大，要求较高。但老师并没有急于完成教学内容，而是重视教学思维的启发和引导，特别是通过启发性的问题引领学生层层深入进入教学环节之中，实现了真正且高效的深度学习。