1、第7章第8节机械能守恒定律教学设计【学情分析】学生已经在初中学习过有关机械能的基本概念，对“机械能”并不算陌生，接受起来相对轻松。通过前几节内容的学习，同学们对“机械能”这一概念较初中有了更深认识，在此基础上学习机械能守恒定律学生比较容易理解。【教材分析】本节课是本章的重点内容，要求学生能初步掌握机械能守恒定律的内容并能用来解决一些简单问题。机械能守恒条件的判定、机械能守恒定律的应用，是教学的重点。运用机械能守恒定律解答相关的问题，这一内容在整个高中力学中又起着承前启后的作用，在物理学理论和应用方面十分重要，不同运动形式的转化和守恒的思想能指引我们揭露自然规律、取得丰硕成果。但这种思想和有关的
2、概念、规律，由于其抽象性强，学生不易理解、掌握。学生要真正的掌握和灵活运用还是很困难。机械能守恒定律的探究建立在前面所学知识的基础上，教材上通过多个具体实例，先猜测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，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，
3、体会物理规律对生活实践的作用。【教学目标】根据教材特点（注重思想性、探究性、逻辑性、方法性和哲理性）和学生的特点以及高中新课程的总目标（进一步提高科学素养，满足全体学生终身发展需求）和理念（探究性、主体性、发展性、和谐性）和三维教学目标（知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观）的要求特制定教学目标1知识与技能（1）知道什么是机械能。（2）知道物体的动能和势能可以相互转化。（3）理解机械能守恒定律的内容。（4）掌握机械能守恒的条件。（5）学会在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式。（6）初步学会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象，分析问题的方法，提高运用所学知识综合分
4、析、解决问题的能力。2过程与方法（1）学会在具体的问题中判定物体的机械能是否守恒；（2）初步学会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象，分析问题。3情感、态度与价值观（1）培养学生发现和提出问题，并利用已有知识探索学习新知识的能力。（2）通过教学过程中各个教学环节的设计，如：观察、实验等，充分调动学生的积极性，激发学生的学习兴趣。（3）通过能量守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问题。（四）教学重难点1教学重点（1）掌握机械能守恒定律的推导、建立过程，理解机械能守恒定律的内容。（2）在具体的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出定律的数学表达式。2教学难点（1）从能的
5、转化和功能关系出发理解机械能守恒的条件。（2）能正确判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒，能正确分析物体系统所具有的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能。3突破重难点的方法采用情景问题分析与活动总结的教学设计模式，以老师指导下的学生活动为主。通过这样一个设计过程，学生理解机械能守恒定律的条件容易多了，整个难点的克服过程通过这样四个环节的设计，让学生真正成为学习的主体。这种运用归纳法的思想，从一个个典型的物理情景中总结出科学的结论，可以大大调动学生学习的积极性和主动性。在随后的课堂练习和课外作业中，学生对守恒条件的认识和理解很准确到位，提高课堂教学的效果。【教学过程和设计意图】（一
6、）创设情境 导入新课游戏1：最强勇士挑战赛男生组、女生组挑战插满竹签的苹果碰鼻实验，以惊激趣，以趣生疑，以疑引思，有利于激发学生的学习兴趣，激起探究欲望。再适时引导学生分析：在重锤“扑鼻而来”之时，有无躲闪的必要？在此基础上，引导学生分析讨论，大胆提出猜想。这有惊无险的实验，反映了机械能在转化过程中具有一定的规律性：即机械能在转化过程中，不会无故增加或减少。游戏2：最强大脑挑战赛引导学生对翻滚过山车原型进行合理的假设，通过简化处理，建立物理模型，再用离心轨道（如图）模拟这一运动，创设适于提出问题的情境，引发学生认知冲突：翻滚过山车何处最惊险？如要安全过关，对释放高度有何要求？释放点低于圆轨最高
7、点，行不？（演示之）等高呢？运动情景如何？（请学生描述并演示）释放点再高一点？（多次演示，探求临界点）这样，通过尝试的方法虽然确定了该点，但过程机械重复，精度不高，能否利用理论分析，通过定量计算的方法一步到位呢？而通过本堂课的学习，将有助于此类问题的解决，激励学生的学习兴趣和求知欲。通过引起视觉冲击的视频和后续模拟实验，建立具体情景，学生有了思维的依托，将理性认识转化成了亲身体验的“感性”认识，继而引导学生利用该装置分析能量的转化过程，最后由学生总结可以得到：动能和重力势能是可以相互转化的。这样，利用一套实验装置有序展开教学活动，完成多项实验任务，有效地提高了课堂教学效率。（设计意图：为了激发
8、学生的学习兴趣，并且为本节课结束时的反馈埋下伏笔。同时为下面的实验研究奠定基础。）（二）层层深入 进行新课一动能和势能的转化 播放剪辑合并的视频（电影饥饿游戏2、速度与激情7 ，快乐大本营之萧敬腾挑战赛等）感受强大而刺激的动能和势能相互转化。（演示实验）依次演示自由落体、竖直上抛、滚摆、单摆和弹簧振子，提醒学生注意观察物体运动中动能、势能的变化情况。（学生活动）体验到高度大时速度小，速度小时高度大，进而得到重力势能大时动能小，势能小时动能大。在引导学生分析物体运动状态变化过程中得出重力势能增大（减小）的过程就是动能减少（增大）的过程。（提出问题）通过上述分析，我们得到动能和势能之间可以相互转化
9、，那么在动能势能的转化过程中，动能和势能的和有什么变化呢？给出机械能的概念以及要实验探究的课题二、探究规律找出机械能不变的条件2.1 定性实验探究2.1.1 伽利略理想斜面实验以及思考2.1.2 摆球摆动过程中动能和势能的相互转化以问题链为线索，紧扣规律探究这一中心，结合演示层层深入：摆球在放手后的振动过程中，动能与重力势能发生相互转化过程中有何规律？如何确定机械能在转化过程中总量不变？（作出经过释放点的水平线，看摆球能否回到同一水平线。）如果摆球在振动过程中，碰到钉子呢？（多次移动钉子改变其位置，演示之。）严格地讲，摆球真的能摆到同一高度吗？（摆球放手后，“几乎”能摆到同一高度。）其原因是什
10、么? （因为有阻力作用，经过多次摆动后，小球不能达到原来的高度。）如果增大阻力，结果又如何？（用相同大小的纸球）综合以上分析，动能与势能在相互转化相互中，规律如何？ 在实验过程中引导学生观察，把实验观察内容细化成问题来激发学生思考，让学生带着问题进行有目的的观察，对于掌握知识及培养观察品质和思维能力都十分有效。抽象的物理原理寓于简单的摆球实验之中，使学生从中获得丰富的感性认识，也就可以水到渠成地提出猜想，得到规律。 实验现象和结论： 在忽略阻力的情况下，小球动能和势能相互转化，小球好像“记得”初始位置，即动能和势能的总和是守恒的。2.2 理论探究机械能守恒条件（引导学生自主探究并展示）设一质量
11、为m的物体在自由下落过程中，经过离地高度为h1（任选的）A点时速度为V1，下落到离地高度为h2（任选的）的B点时的速度为V2。由学生用学习过的知识（牛顿定律或动能定理），分析下落过程中A、B两位置的机械能之间的数量关系。物体从A运动到B， WG=mv22-mv12=EK2-EK1 再由重力做功与重力势能的关系有：WG=mgh1-mgh2= EP1-EP2 得到：EK2-EK1= EP1-EP2 移项后，得：EP1 +EK1= EP2 +EK2 即EA=EB22 只有弹力做功分析提出问题：势能包括重力势能和弹性势能，只有弹力做功时，机械能也守恒吗？（多媒体展示）气垫导轨上的水平弹簧振子，观察振动
12、过程。由学生分析振动过程的能量转化和实验结论，结合前面已经探究过的弹力做功与弹性势能的关系，类比重力做功，进行定性分析。引导学生分析守恒条件，归纳结论（注意要加深对条件的理解）1物体只受重力，不受其他力，如自由落体运动。2除重力外，物体受其他力，但其他力不做功。3除重力外，物体受其他力，其他力做功，但其他力对物体所做的总功为零。结论（课件展示）：如果没有摩擦和空气等介质阻力，则势能与动能相互转化时，势能（动能）减少的量等于动能（势能）增加的量，机械能的总量不变，即机械能守恒。如果有摩擦或介质阻力，则势能（动能）减少的量大于动能（势能）增加的量，也就是机械能的总量有损失、不守恒。2.3 DIS实
13、验定量验证综上所述，可以得到：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。在规律探究过程中，从定性到定量，从实验探究到演绎推理，双管齐下，层层深入，使学生对规律更加信服；同时，注重对学生思维能力的训练和提高，让学生领悟物理研究的科学方法。三、机械能守恒定律1、内容：在只有重力(或系统内弹力)做功的情形下，物体的动能和势能发生相互转化，而总的机械能保持不变2、数学表达式(1)从能量守恒的角度：Ek1Ep1Ek2Ep2.(2)从能量转化的角度：EkEp.3.机械能守恒的条件（1）做功角度：只有重力、系统内弹力做功（2）从能量转化角度：只有动能和势能之间发生相互转
14、化（三）应用拓展，学以致用31 典型例题【题1】(多选)如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是() A甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，A机械能守恒B乙图中，A置于光滑水平面，物体B沿光滑斜面下滑，物体B机械能守恒C丙图中，不计任何阻力时A加速下落，B加速上升过程中，A、B组成的系统机械能守恒D丁图中，斜面光滑，物体在斜面上下滑的过程中，物体机械能守恒【题2】设圆轨道半径为R，不考虑阻力，小球至少从距地面多高处释放，小球可以安全通过圆轨道的最高点？分析：设小物块在圆形轨道最高点的速度为v，取轨道最低点为零势面，由机械能守恒定律得 mgh2mgRmv2/2 mgFN mv2/R FN0
15、得h5R/2【拓展】现象解释简介沈阳怪坡现象探究其怪因。出示滚轮实验装置（如图），进行模拟演示后，引导学生初步分析怪坡现象的成因，鼓励学生上网查阅相关资料，组织小组讨论，开展研究性学习，并对此作出合理解释。怪坡密切联系实际，为物理课堂教学开窗，与应用实践搭桥，这样，规律学习过程中，重视学生的情感体验，通过自制科学玩具的展示，激发学生的认知冲突，激起学生的好奇心和学习兴趣，教师应该鼓励学生把物理规律运用到实际生活中去，鼓励学生参与课外小制作，让学生从课堂走向生活，从生活走向物理，从物理走向社会。让所学规律接受实践检验，从而使学生在知识运用过程中，获得更深入的认识或展开进一步的探讨。（四）课堂总结
16、和反思本节通过生活实例和物理实验，媒体资源，运用信息技术手段、DIS传感器激发学生的求知欲，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。我们通过演示实验归纳总结了动能和势能之间可以发生相互转化，了解了只有重力做功或只有弹簧弹力做功的情况下，物体的机械能总量不变，通过简单的实例分析、加深对机械能守恒定律的理解。机械能守恒定律是本章教学的重点内容，本节教学的重点是使学生掌握物体系统机械能守恒的条件；能够正确分析物体系统所具有的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能
17、，是本节学习的难点之一。实验是课堂教学极为重要的教学手段，尽管科技的发展为物理课堂教学提供了丰富多彩的平台，但物理实验仍然有其不可代替的作用。物理课堂教学是学生个体智力活动与教师课堂教学高效结合的过程，既是科学又是艺术，有其自身的科学性和策略性。这就要求教师在课堂教学过程中必须根据物理学科的特点和现代中学生的认知心理学特点，合理安排教学过程、教学方式和手段。在体现物理的科学性、严密性的同时，在教学中教师应善于创设情境，很有必要在物理课堂上适时，适度，适量地引入实验，增强学生的感性认识，引导学生开展实践活动，让学生在感性的物理情境中感受物理、体验物理，不断发现问题，进行探究，进而解决问题，在丰富的情境中积极探索，发展思维，提升学生的物理学科核心素养
