7-8机械能守恒定律教学设计

17-8机械能守恒定律教学设计北方交大附中姜慧海淀教师进修学校附属实验学校王淑芳一、设计思想本节是一节规律教学，在本章中处于核心地位，是前面各节内容的综合，同时又是下一节能量守恒定律的基础。新课标指出：在重视物理概念和规律教学的同时要加强学生能力的培养。因此，这节课不仅要让学生掌握规律，同时还要引导学生积极主动地学习，贯彻“学为主体，教为主导”的教学思想。主导作用表现在，组织课堂教学、激发学生学习动机；提供问题的背景，引导学生学习；注意把握激发、疏导、深化、迁移、创造等环节，发展学生思维；注意评价学生的学习，促进学生积极思维，主动获取知识，达到会学的目的。主体作用表现在，通过学生对生活实例和物理实验的观察，激发学生的求知欲，引出对机械能守恒定律的探究，通过探究，提高学生的推理能力，形成科学思维方法。本节课力图体现“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，初步掌握运用能量转化与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，领会机械能守恒定律解决问题的优点，形成科学的价值观。二、教学设计流程图教学环节情景问题创设问题情景切入生活中：视频，海盗船运动过程中，动能和势能如何变化？实验事实实验1：单摆实验运动过程中，动能和势能如何变化？小球摆动的高度是否变化？机械能是否变化？激发矛盾实验2：将钢球换为泡沫球再做小球摆动的高度是否变化？机械能是否变化？提炼核心问题依据上述两过程什么情况下机械能保持不变？科学探究1、小球做自由落体运动2、水平弹簧振子3、竖直弹簧振子只有重力做功，机械能是否保持不变？只有弹力做功，机械能是否保持不变？只有重力和弹力做功，机械能是否保持不变？应用规律解决实际问题1、泡沫球2、过山车减少的机械能哪去了？机械能是否守恒？如何转化？三、教学目标一、知识和技能1、知道机械能的概念，理解物体的势能和动能可以相互转化2、理解机械能守恒定律的内容和条件2二、过程和方法1．学会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。2、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。三、情感、态度和价值观体会科学探究中的守恒思想，领悟用机械能守恒解决问题的优点，形成科学价值观四、教学过程教师活动学生活动设计意图导入：视频：海盗船观察分析：重力做功情况及能量转化情况。1、引出功能转化思想2、给出机械能概念：力做功的过程也是能量从一种形式转化为另一种形式的过程，物体的动能和势能总和叫做机械能。3、提出课题：机械能守恒定律演示实验1：ABC学生注意观察物体运动中动能、势能的变化情况，分析不变的量是什么，机械能是否变化？得出结论：只有重力做功的物体系统内，物体运动过程中，随动能增大，物体的势能减小；反之，随动能减小，物体的势能增加；摆动高度不变，机械能保持不变。演示实验2、换泡沫球重复上述实验观察思考：小球摆动的高度是否变化？机械能是否变化？产生矛盾，激发探究兴趣提出探究问题：什么情况下机械能保持不变？学生各抒己见激发兴趣，引出学生探究方向教师给出研究方法学生领悟提出研究方法：在探究物理规律时，应该是由简单到复杂，逐步深入，先对简单的物理现象进行探究，然后加以推广深化。在动能与势能转化的情境中，自由落体（只受重力）应该是比较简单的。教师给出情景：１、只有重力对物体做功时物体的机械能问题：质量为m的物体自由下落过程中，经过高度h学生分析推导：根据动能定理，有：21222121mvmvWG下落过程中重力对物体做功，建立具体情景，学生有了思维的依托，在此基础上，进行知识的正向迁移，并为学生的猜想提供了依据，激励起学生的学ABC3１处速度为v１，下落至高度h2处速度为v2，不计空气阻力，分析由h1下落到h2过程中机械能的变化情况。重力做功在数值上等于物体重力势能的变化量。取地面为参考平面，有：WG=mgh1－mgh2由以上两式可以得到1212222121mghmvmghmv习兴趣和求知欲，引导学生回答物体运动中动能、势能变化情况，引导学生思考分析并推导(让学生独立推导此定律，并作小结：下落过程中，只有重力做功物体系统内，物体重力势能转化为动能，此过程中物体的机械能总量不变。引导;上述结论是否具有普遍意义呢？请同学们进一步分析物体做平抛和竖直上抛运动时的情况。继续分析推导培养发散思维及正向迁移能力1、演示弹簧振子实验问题：在只有弹簧弹力做功时，物体的机械能是否变化呢学生观察分析并类比重力做功进行定性研究结论：在只有弹簧弹力做功物体系统内，物体的动能与势能可以相互转化，物体的机械能总量不变。２、弹簧和物体组成的系统：质量为m小球从一定高处自由落下，落到直立的下端固定的弹簧上，请分析系统的能量转化关系。（见演示课件）提出问题：①系统中涉及几种形式的能量？②那些力对小球作了功？③机械能守恒吗？④球运动过程中能量转化情况？观察分析讨论回答问题分析：找小球的平衡位置O点，取O点的重力势能为零，在O点弹簧已有一定的压缩，弹性势能不为零，小球在往复运动过程中，经过平衡位置O点时速度最大，所以小球经过平衡位置Ｏ点时，动能最大，重力势能为零，弹性势能不为零，小球位于Ｂ点位置时，小球重力势能最大，动能、弹性势能为零，小球位于Ａ点位置时，小球弹性势能最大，动能为零，重力势能最小。此过程对可发展学生提出了更高层次要求。对守恒条件着眼于整体，揭示了事物间的内在联系，有利于学生克服思维的单向性，表现出思维的灵活多向性，突破难点。说明：未讲振动，不必给出弹簧振子名称，只需讲清系统特点即可。引导学生思考分析动能，重力势能、弹性势能；只有重力和弹簧弹力做功；系统总的机械能守恒。解释刚上课时的泡沫球实验：机械能不守恒的原因解释与开课导入相呼应，通过对比进一步理解机械能守恒条件，并为下一节能量守恒定律埋下伏笔。视频：过山车学生分享做过山车的体验从生活体验到物理模型例、小球沿光滑斜轨道由静学生思考求解：1、通过规律应用巩固知4止开始滑下，并进入在竖直平面内的离心轨道运动，如图所示，为保持小球能够通过离心轨道最高点而不落下，求小球至少应从多高处开始滑下？已知离心圆轨道半径为R，不计各处摩擦。（见实物实验及演示课件）问题：①小球能够在离心轨道内完成完整的圆周运动，对小球通过圆轨道最高点的速度有何要求？②从小球沿斜轨道滑下，到小球在离心轨道内运动的过程中，小球的机械能是否守恒？③如何应用机械能守恒定律解决这一问题？如何选取物体运动的初、末状态？进一步说明：在中学阶段，由于数学工具的限制，我们无法应用牛顿运动定律解决小球在离心圆轨道内的运动。但应用机械能守恒定律，可以很简单地解决这类问题。分析明确：①小球能够通过圆轨道最高点，要求小球在最高点必须具有一定速度，即此时小球运动所需向心力，恰好等于小球所受重力；②运动中小球的机械能守恒；③选小球开始下滑为初状态，通过离心轨道最高点为末状态，研究小球这一运动过程。落实书写：解：取离心轨道最低点所在平面为参考平面，开始时小球具有的机械能E1=mgh。通过离心轨道最高点时，小球速度为v，此时小球的机械能为)2(2122RmgmvE。根据机械能守恒定律E1=E2，有)2(212Rmgmvmgh小球能够通过离心轨道最高点，应满足Rvmmg2由以上两式解得h≥5R/2小球从h≥5R/2的高度由静止开始滚下，可以在离心圆轨道内完成完整的圆周运动。识，初步掌握运用能量转化与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，领会机械能守恒定律解决问题的优点，形成科学的价值观。2、明确解题思路：（1）受力分析，判断是否符合机械能守恒的条件。（2）列出初、末两个状态的机械能。（3）根据机械能守恒定律列出等式，求解方程。五、板书设计一、机械能概念物体的动能和势能总和叫做机械能。二、机械能守恒定律在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。三、应用机械能守恒定律解题的一般步骤1、受力分析，判断是否符合机械能守恒的条件。2、列出初、末两个状态的机械能。3、根据机械能守恒定律列出等式，求解方程。六、教学反思（授课后补上）七、点评