高中物理必修2名师教案《机械能守恒定律》教学设计

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讲义  上海市青浦高级中学　张文静
　　一、教学任务



　　机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律在机械运动范围内的具体体现，是能量守恒的特殊形式，是高中学生对能量转化和守恒的启蒙，机械能守恒定律起着承前启后的作用，是必须牢固掌握的一个重要规律。学生将通过本节课理解机械能守恒定律及其条件，同时通过学习体验探究物理规律的一种手段──理想实验研究方法。



　　二、教学目标



　　（一）知识与技能



　　1．理解物体的动能和势能是可以相互转化的。



　　2．理解机械能守恒定律及其条件。



　　3．会用光电门传感器和Excel表处理数据和完成实验。



　　（二）过程与方法



　　1．利用现代化技术处理实验数据，观察、想象、推理，获得机械能守恒定律，感受理想实验方法是学习和研究物理的一种科学方法。



　　2．通过对机械能守恒条件的归纳，经历在不同的现象中寻找共性的研究方法。



　　（三）情感、态度与价值观



　　1．通过对机械能守恒定律的探究，体验理想实验是探究物理规律的一种重要方法和手段，激发学习的积极性、能动性。



　　2．通过将科学技术与物理课堂结合，提高自身做物理实验的科学素养。



　　3．在运用机械能守恒定律解决实际问题的过程中，体验学有所得的快乐，并感悟物理与社会生活的紧密联系。



　　三、教学重点和难点



　　重点：



　　运用理想实验探究机械能守恒定律。



　　难点：



　　归纳出只有重力做功是机械能守恒的条件。



　　四、教学方法



　　实验探究法



　　五、教学资源



　　DIS实验系统（光电门传感器、数据采集器、计算机），毛巾斜面、橡胶斜面、玻璃斜面各一块，小车一个，铁架台一个，直尺一把。



　　六、教学设计思路和教学流程



　　（一）教学设计思路



　　本节课采用“情景引入──探究实验──验证结论──条件归纳──应用和小结”的教学流程：从过山车模型中发现动能和重力势能可以相互转化，提问在转化过程中动能和重力势能的总量（机械能）是否相等，进而引出探究的主题；引导学生通过斜面实验现象和实验数据（图象），猜想、讨论、分析、推导出机械能守恒定律，从方法论上影响学生；之后运用已学的理论知识动能定理验证结论，将理论和实验推理很好的相结合；在条件讨论过程中设计多个情景，通过不同情况下让学生寻找力做功的共性，师生互动讨论归纳出机械能守恒的条件；最后运用提桶碰鼻实验来判断学生知识掌握的程度。



　　本设计要突出的重点是：运用理想实验探究机械能守恒定律。在实验探究当中，选择多个摩擦程度不同的斜面，让小车受到的摩擦力逐渐减小，观察出这个过程中小车机械能的一个变化趋势，最终推导出摩擦力为零的情况。通过模拟物理学家伽利略研究斜面实验时采用的理想实验方法，以可靠的实验事实为基础，突出主要因素，忽略次要因素，通过抽象思维得出机械能守恒。让学生在探究、推理过程中得出结论，有利于培养学生的推理能力、分析归纳能力和探索发现能力，领悟理想研究方法。



　　本设计要突破的难点是：机械能守恒的条件是只有重力做功。首先引导学生想到能的变化是与力做功有密切关系的，而后考察摩擦力做功、拉力做功等情况下机械能不守恒的原因，寻找力做功的共性，即只有重力做功。通过师生互动思维探究过程，深刻领会到物理学科的严谨性和流畅性，感受物理之美。



　　媒体设计思想：触摸式白板软件是一种新型的教学软件，它具有很强的交互性和动态直观性，便于思维的形成。同时通过对DIS光电门传感器的使用，学习运用DIS解决物理问题。

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（二）教学流程

　　七、教学过程

教学环节		教学内容	教师活动	学生活动	设计意图
一、新课引入	提出问题	动能和势能相互转化的过程中，机械能是否变化	复习：动能、势能和机械能及其表达式 小球在运动过程中动能和重力势能如何变化？ 在小球的动能和重力势能相互转化的过程中，动能和重力势能的总量（机械能）又会如何？是否存在什么规律？	师生共同复习 学生回答 学生猜测	由演示发现新问题，激发探究兴趣。
二、新课教学1 （机械能守恒）	实验探究	活动I： 学生实验	我们用什么方法来探究这个规律呢？ （实验） 实验一： 实验目的：探究小车在斜面上下滑的过程中机械能是否变化 实验原理：E=mgh+mv2/2 实验器材：斜面、小车、直尺、光电门传感器、数据采集器、电脑 分别在斜面的两个位置上测出机械能值 学生分组实验并记录实验数据 结论一：机械能损失 机械能损失的原因是什么？ 既然是因为斜面粗糙小车的机械能损失了，那么在粗糙程度不同的斜面上小车的机械能损失程度一样么？ 实验二： 实验目的：探究小车在粗糙程度不同的斜面上下滑的过程中机械能损失程度是否一样 实验原理：E=mgh+mv2/2 实验器材：若干块粗糙程度不同的斜面、小车、直尺、光电门传感器、数据采集器、电脑 注意：为了比较性，选择的两个位置应确定 选择桌上另外两个斜面继续实验 结论二：粗糙程度越小，机械能损失得越少	学生讨论实验的设计 学生实验 学生回答 继续实验 学生考虑并回答	通过实验感受科学技术与物理课堂结合的重要性。
		活动II： 演示实验	刚才的实验中只选取了两个位置，只能说明两位置的机械能情况，物理是一门非常严谨的学科，为了更说明问题，需要多取几组数据（三个光电门，加上释放点，总共有四组数据）。 为了直观地描述实验现象，我们用图象来表示，以机械能为纵坐标，位置为横坐标，看一下机械能随位置变化的图象。 为了比较性，我把三条图线放在同一张坐标系里面，请同学们观察并互相讨论，从这三条图线中发现了什么？ 如果我们再选一个更光滑的斜面，那么图线会怎么样 如果再光滑呢？（更接近虚线，机械能损失的越少。） 如果我们这样依次类推，大家想一下，你会发现什么？ 请同学们分组讨论。	学生 学生讨论并回答 斜率更小 学生讨论
	讨论归纳	若斜面光滑，机械能不变	通过学生的回答进行引导：斜面越趋近光滑，那么图线的倾角越小（机械能损失的越少），推导出如果斜面是光滑的，那么图线就是水平的（机械能不损失），即机械能保持不变。	学生归纳	感受理想实验研究物理问题的科学方法。
		理想斜面实验	光滑的斜面是一种理想模型，是不存在的，所以我们利用了摩擦程度越来越小推导出光滑斜面上物体的机械能保持不变。事实上这点与曾经学过的哪个实验的思维方式相似。 在实验现象的基础上，突出主要因素，忽略次要因素，最后推导出物理规律。	伽利略的理想斜面实验
	验证结论	运用动能定理验证结论	运用动能定理W合=ΔEk 师生一起推导出EⅠ-μmgScosθ=EⅡ 当μ=0时则EⅠ=EⅡ即如果斜面是光滑的，那么小车的机械能保持不变。验证结束。	师生共同推导	巩固知识的同时又探讨了新知识
三：新课教学2 （机械能守恒的条件）	师生讨论	机械能守恒的条件：只有重力做功	机械能守恒的条件是什么？ 实验中小车的机械能为什么损失了？ 我们知道功是能变化的量度。 实验结果中机械能损失的根本原因是什么？ 如果现在拉一小车使它在光滑的斜面上匀速前进，请回答机械能是否守恒？ 机械能为什么增加了？ 事实上小车也没有受到摩擦力，也就是说它并没有克服摩擦力做功，但是机械能并没有保持守恒。可见，保持机械能守恒的条件不仅仅是摩擦力不做功。那么机械能守恒的条件到底是什么？ 机械能守恒前提是动能和重力势能相互转化，所以重力必做功。而光滑斜面上小车受力分析：只有重力做功	学生回答 克服摩擦力做功 增加 拉力做正功 学生小组讨论回答	师生互动思维探究过程，深刻领会物理学科的流畅性
		机械能守恒定律	在只有重力做功的情况下，动能和重力势能发生相互转化，但是机械能的总量保持不变。	学生小结
四：应用小结作业	巩固复习	实例分析	活动Ш：足球碰鼻实验 请同学试一下，足球如图静止释放，返回来会不会碰到鼻子？ 做了这个实验有何感受？ 现实生活中只有重力作功是不存在的，所以如果其他力作功远远小于重力作功，我们也可以看成机械能守恒。	参与活动并解释现象	知识是为现实中的生活而服务的。
		教师小结	理想实验研究方法，以可靠的实验事实为基础，突出主要因素，忽略次要因素，通过抽象思维得出机械能守恒。今天我们用理想斜面实验探究了机械能守恒定律，这种思想方法会是我们进一步研究物理问题的一把钥匙。	学生思考	小结本节课的知识点及其探究方法。
	作业	学生实验	课后完成书上学生实验（摆锤实验），验证它的机械能是否守恒。 如果只有一块斜面，能否用理想斜面实验来探究我们今天的课题？	课后继续实验研究	巩固物理知识和探究方法

　　八、学生探究学习工作单

　　1．思考

　　过山车模型

　　小球在运动过程中，动能和重力势能变化么？

　　在小球的动能和重力势能相互转化的过程中，动能和重力势能的总量（机械能）是否变化？

　　2．实验探究

　　学生实验

　　实验一：实验目的：________________________________________

　　实验原理：________________________________________

　　实验器材：________________________________________

（以B位置为零势能面）毛巾面	高度(m)	重力势能(J)	速度(m/s)	动能(J)	机械能(J)
位置A
位置B

　　实验结论一：______________________________________________

　　实验二：

　　实验目的：________________________________________

　　实验原理：________________________________________

　　实验器材：________________________________________

（以B位置为零势能面）

橡胶面	高度(m)	重力势能(J)	速度(m/s)	动能(J)	机械能(J)
位置A
位置B

玻璃面	高度(m)	重力势能(J)	速度(m/s)	动能(J)	机械能(J)
位置A
位置B

　　实验结论二：_______________________________________________

　　演示实验

　　实验结论：_________________________________________________

　　实验感悟：_________________________________________________