机械能及其守恒定律教材分析与教学设想

人教社版高中物理必修2第七章《机械能守恒定律》教材分析鄞州区教研室何丰明[e-mail]办公室：88121105一、两种教材本章内容对比二、新教材《机械能及其守恒定律》内容分析与想法第七章机械能守恒定律1追寻守恒量2功3功率4重力势能5探究弹性势能的表达式6实验:探究功与速度变化的关系7动能和动能定理8机械能守恒定律9实验：验证机械能守恒定律10能量守恒定律与能源新教材第七章机械能一、功二、功率三、功和能四、动能动能定理五、重力势能六、机械能守恒定律七、机械能守恒定律的应用实验：验证机械能守恒定律原教材增加渗透一、两种教材本章内容对比新旧教材设计线索原教材设计新教材设计以功是能量转化的量度为线索►教材对概念和规律的得出侧重理性分析，与学生的前认知有距离，学习要求高。试图以培养学生的主动学习、探究学习为线索►教材以生动的素材、详实的事例和帖近学生原有认知的知识编排为基础，增加了感性认识素材，增强了趣味性和灵活性，形式新；►新教材重视对学生学习思路的引领，注重“研究性、探究性学习”，试图将中学物理的教学回归本性。第1、2、3节的图片第4、5、6节的图片第7、8、9、10节的图片二、新教材《机械能守恒定律》内容分析与想法1、追寻守恒量因为能量是一个自然界中十分重要的守恒量。且在物理学的发展中，能量并不是由功定义的，能量的概念是人类在“追寻守恒量”的过程中发展起来的。基于这样的认识，新教材中，把守恒思想的提出放到了具体的概念之前。总体：从“追寻能量守恒”到“功是能量转化的量度”，再到“机械能守恒”，最后形成“能量守恒定律”，不仅要让学生掌握有关的基本概念和规律，更要让学生体验“一切运动变化都要满足一定的守恒定律”的物理思想。►感觉教材设计考虑了教师的教。►只要学生能理解，教师的教学用语一定要用专业化的物理术语吗？►该部分内容的重要性不仅在于将能量提前向学生渗透，也在于叙述物理知识过程的“白话”化，这样的叙述更帖近学生的认知。教材先给出能量、势能、动能三个概念，其中对能量仅给出个事例然后进行推演而得；对于势能则是给出了一个普遍的定义（相互作用的物体凭借其位置而具有的能量），也为后面的重力势能、弹性势能教学作了铺陈。►教学安排上一个课时，也可以考虑与第二节功相连上二课时。能量、势能、动能三个概念学生在初中就有了初步接触。想法►可安排些守恒事例。P611、伽利略斜面实验2、摆动3、滚摆4、过山车2、功►内容与原教材的安排基本相同。但更突出力对物体做功的直观性，如事例图有利于促进学生对功的理解。►同时对负功的物理意义的作了充分说明。►对总功如何处理教材有文字描述，无表达式，但在例题中有相应的示范。力对雪橇想法对于“功”概念的关键是能让学生体验到力与位移成一定角度时，合力与分力等效关系和合力做功与分力做的功等效关系有不同？方法一：不足有点特殊，对合力与分力等效关系和合力做功与分力做的功等效关系有不同的体会，不深刻。力方向Flθ力方向上的位移lcosθW=FlcosθW=Fcosθ·lFθlFcosθ寻找力方向上的位移力F对物体做的功可以等效为两个分力做功的代数和了。也有总功的趋型了。FFlθ方法二：从功的定义出发：即先从力和物体在力方向上发生的位移着手，然后再转化到常规的力分解方法。方法三：FLW再与学生共同商讨对于左边问题的物体所受重力和弹力做功吗？造成既成事实：当力与物体的位移垂直时，该力对物体不做功。1、先分析简单的和特殊的力做功情形2、改变教材中的分析图情境更改为一般的理想推演情景。设想物体先在一个水平力F（如5N）作用下沿光滑水平面运动一段位移（如l=1m）；然后设想物体分别在另外两个力F1、F2（3N、4N）作用下，分别运动的位移为l1=0.6m、l2=0.8m；F1、F2互相垂直且与F分别成37˚、53˚。如图。俯视图WF=Fl=5JF137˚l1WF1=F1l=1.8JF253˚l2WF2=F2l=3.2JF137˚l1F253˚l2Fl（3）力F对物体所做的功相当于力F1、F2对物体所做功的代数和，而非矢量运算。（1）力F与F1、F2相当于合力与分力，运算满足平行四边行定则；（2）位移l与l1、l2相当于合位移与分位移，运算满足平行四边行定则；Fl3、功率►新教材提出了额定功率与实际功率的概念,同时在“说一说”“做一做”板块中，渗透了瞬时功率概念。►与生活中的汽车换档等问题挂钩，生活化的程度提高了，也可以提高学生的学习兴趣。►新教材没有汽车以恒定功率启动的问题，但有汽车在额定功率下工作的习题。我们在处理时没必要再去补充大量的这类习题，以免人为地加重学生的负担。但要让学生学会如何进行动态分析，这也是能力要求之一。►对于课后的“做一做”中的调查，要充分利用这些数据，像其中所叙述的“功率的大小与机器（或器具）的效能之间的联系”等。想法关于功率教学的引入由于功率概念在学生头脑中已有一定的认知水平，因此，这节课不太容易引起学生的兴趣，认为高中对这个概念的学习也不过如此，造成对功率及相关问题的轻视，不能很好地去思考。可以考虑用实验来引入。如：（本实验视频由鄞州鄞江中学毛寅峰、沈斌老师设计拍摄）4、重力势能►新教材较大篇幅且认真分析了重力做功与路径是否有关的问题。►重力势能的得出也很自然，不象原教材那么生硬。原教材新教材►有了重力势能概念后，再讨论重力做功与重力势能关系、重力势能的相对性、重力势能是物体与地球所组成的系统所共有，那样就显得自然，也便于教学。它随高度的变化而变化，与势能的特征一致想法关于重力做功与路径无关的教学►本节课很详细地去推演重力做功与路径无关，这样做是想有助于学生形成严肃认真的科学态度，形成他们的“科学素质”。►在讨论物体沿任意路径运动时重力做功的问题时，又一次用到了极限的思想。经过多次接触，学生对这样的方法应该比较熟悉了，如平均速度与瞬时速度、平均加速度与瞬时加速度及后面要学到的向心加速度的推演等等。►可以考虑让学生观察并思考教材第59页的三个图，并让学生说说这三个图中所包含的处理物理问题的思路与方法。►利用课后的说一说重温势能定义。5、探究弹性势能的表达式►不要求学生掌握探究结论►重力功与重力势能关系的延伸；动能定理的铺垫►对“弹簧的弹性势能跟哪些物理量有关”进行猜想►“变与不变”思想的拓展：从速度变化迁移到力的变化用图象处理变化过程的累积效果：由根据v-t图象求匀变速运动的位移迁移为根据F-l图象求变力的功（主要是方法迁移）►经历一次理论探究过程，根据探究结果来概括物理结论过程与方法本节课很明确地给出四个探究问题：弹性势能的表达式可能与哪几个物理量有关？、弹簧的弹性势能与拉力所做的功有什么关系？、怎样计算拉力所做的功？、怎样计算这个求和式？►既然重力势能的表达式是通过重力做功的分析得来的，很自然地通过类比会想到通过弹力做功可以得到弹性势能的表达式。vt0匀变速S=vt2/2力大小均匀变化W=？SvtWlF匀速时S=vt恒力时W=Fl(Fl同向）类比式探究方法6、实验：探究功与速度变化的关系►本节的思路是第4、5节的继续。►本节的数据处理遇到作拟合曲线的技巧，由于事先不知道功W与速度v的关系，需要进行尝试。用软件（EXCEL)进行曲线拟合来年理会方便得多，应该提倡。►不规定具体的实验步骤，但讲清思路，在操作技巧和数据处理方面给出提示。这样会使学生既有章法可循，又有自由创作的空间。►本节课有明确的三个板块：探究思路、操作技巧和数据处理。是为下一节动能定理作铺垫的。想法关于功与速度变化关系的问题式探究教学设计片段橡皮筋对小车在哪个阶段做功？有形变到恢复原长过程这个功能不能测量？如何测量？因是变力不能直接测量，但可以换个方法，用多条橡皮筋的方法，拉开距离相同。小车速度如何测量呢？小车在运动过程中有哪些力对它做了功呢？1、探究测速度的位置与方法；2、工具用打点计时器。要平衡摩擦力，使之等效为只有拉力对小车做功这种实验方法较为粗糙，且要求小车初速度为零？改进实验方法，用气垫导轨。改成探究滑块所受重力做的功与滑块速度的关系。对所记录的数据如何处理用图象法试探W—v，W—v2，W—v3等可能的关系在一系列问题式探究和师生互动中，体现了对学生处理问题过程中的“过程与方法”、“技能与思维品质”等能力的隐性培养。再次思考进行探究教学要有好的探究点，而有效的问题设计则是很好的探究点来源之一。速度(m/s)功0.000.000.801.001.102.001.283.001.534.001.765.001.896.00功与速度的关系图象0.001.002.003.004.005.006.007.000.000.501.001.502.00速度功0200.51功与速度的关系0.001.002.003.004.005.006.007.000.002.004.006.008.00速度的三次方功功与速度的关系-1.000.001.002.003.004.005.006.007.000.001.002.003.004.00速度二次方功功与速度变化的关系0.001.002.003.004.005.006.007.000.000.501.001.50速度的开根号功7、动能和动能定理►动能表达式的得出过程：比较符合现在学生学习物理时获得知识的过程中对概念的认知过程。►动能定理放在重力势能、弹性势能、功与速度变化关系之后，显得顺畅了许多。►例题有两题，较原教材多了一题，显示动能定理在解决物理问题的重要性。►教材有意突出了过程与方法，如：对动能的描述、对变力或曲线运动的处理。很可能是具有特定意义的物理量8、机械能守恒定律►与原教材相比，新教材将机械能守恒定律及应用并为一节，但习题配置与原教材基本相同。►突出了动能与势能（重力势能、弹性势能）之间的相互转化，泛化了机械能内的能的形式的可转换性。►对守恒定律的描述更符合实际需求。原教材：新教材：9、实验:验证机械能守恒定律►要让学生弄清楚测瞬时速度的道理。特别要引导学生体会这种测瞬时速度的方法与运动学中的差异。►在实验方法上作了改进1、要求用天平测出重物的质量，以便计算重物的动能和势能改变量的具体数值。2、在选择纸带时，两个位置的选择与第一、二点间的距离是否接近2mm、第一个点是否清晰无关了。►用气垫导轨演示机械能守恒。►配置了课后的“问题与练习”。10、能量守恒定律与能源►本节内从是对原教材的深化与拓展，符合现代社会人们对能量审视角度。►可以考虑将本节课设为专题讨论课。►能量守恒定律与能源视频。►不应将新课程改革仅当作是换了一本教材而已，更多的考虑学生能否在我们的教学模式下,学生的个性、能力、潜质是否能得到有益的发挥。想法►科学探究是新课程理念的重要体现，在教学中贯彻科学探究的观点是必要的，但也不必逢课必“探”，科学探究没有一定的模式。重要的是在进行课堂教学设计时要有“探究”意识。►日常教学中的难度把握，可以参考浙江省教育厅07年6月版的必修+选修ⅠA《浙江省普通高中新课程实验物理学科教学指导意见》，应是本省今后高考的导向标，内容包括基本要求、发展要求和说明。►充分利用大众化的媒体工具或网络资源为教学服务,如用数码相机拍短视频。1．人民教育出版社：（名家讲座、人教版教材介绍、教学设计、课堂实录和各类辅助视频等）三、官方资源2．新思考网（中国教育资源服务平台）（司南版教材,西南大学廖伯琴教授主持）本讲座主要参考资料：必修2教材、必修2教师教学用书、省新课程培训资料谢谢！欢迎指正