1、观摩教学机械能守恒定律教学设计蒙城二中物理组 李振【教材分析】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，是全章知识链中重要的一环，机械能守恒定律的探究建立在前面所学知识的基础上，而机械能守恒定律又是普遍的能量守恒定律的一种特殊情况，守恒定律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、取得丰硕成果物质运动的转化是普遍的，守恒反映了运动转化间的关系，没有转化就不会有守恒教学过程回顾已学知识，通过几个具体实例，先明确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理论探究，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
2、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。学生在此前已经历了探究守恒量，重力势能的概念和弹性势能的表达式的学习，知道机械能的概念，了解力做功过程也是能量从一种形式转化为另一种形式的过程，这些知识是本节内容学习的基础。本节教学内容的重点是通过机械能守恒定律的推导知道机械能守恒定律的含义，理解机械能守恒定律的条件和机械能守恒定律的实际应用；而正确分析物体系统内所具有的机械能，判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒及定律的应用是学生学习中的难点。在教学设计时，力图通过生活实例，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
3、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和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，领悟机械能守恒规律解决问题的优点，形成科学价值观。【学情分析】通过前几节内容的学习，学生知道了重力做功会引起重力势能的变化，弹簧的弹力做功将使弹性势能发生变化，合外力的功将引起物体动能的变化。使学生看到曾在初中阶段学过的一些定性的东西逐渐找到了定量方面的联系，对功能关系的认识加深了，也萌发了继续探究的兴趣。那么，在动能，重力势能和弹性势能都参与转化的过程中，情况又将如何呢？这
4、是学生急待解决的问题，机械能守恒定律的建立已经到了“水到渠成”的时候了。从知识发展的线索来看，本节内容，既是对前面几节内容的总结，也是对能量守恒定律的铺垫。通过本节内容的学习，学生对功是能量变化的量度会有更加深刻地理解，也为从不同角度处理力学问题提供了良好的途径。本节内容是本章的重点内容。通过学习，学生不难掌握机械能守恒的表达式和运用机械能守恒定律求解比较简单的问题，但对具体问题中机械能守恒条件是否满足的判断还有一定困难，因此，对机械能守恒定律条件的理解是本节内容的难点。【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
5、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
6、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。【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【教学过程】教师活动 学生活动 设计意图导入：视频：
7、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1：一个用细线悬挂的钢球在竖直平面内的摆动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
8、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：、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 处速度为 v ，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。学生分析推导：根据动能定理，有：下落过程中重力对物体做功，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=mg
9、h1 mgh2由以上两式可以得到建立具体情景，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
10、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。、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：系统中涉及几种形式的能量？那些力对小球作了功？机械能守恒吗？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点时，动能最大，重力势能为零，弹性势能不为零，小球位于点位置时，小球重力势能最大，动能、弹性势能为零，小球位于
11、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止开始滑下，并进入在竖直平面内的离心轨道运
12、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：小球能够在离心轨道内完成完整的圆学生思考求解：分析明确：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；运动中小球的机械能守恒；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。1、通过规律应用巩固知识，初步掌握
13、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。周运动，对小球通过圆轨道最高点的速度有何要求？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？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。根据机械能守恒定律 E1=E2，有小球能够通过
14、离心轨道最高点，应满足由以上两式解得 h5R/2小球从 h5R/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。（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。【课堂小结】本节课我们学习了机械能守恒定律1、我们说机械能守恒的关键是：只有重力或弹力做功；2、在具体判断机械能是否守恒时，一般从以下两方面考虑：对于某个物体，若只有重力做功，而其他力不做功，则该物体的机械能守恒。应用机械能的定义。【布置作业】课后“问题与练习” （1） （4）【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，
15、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。【教学反思】1、能够很好地引导学生举例说明动能与重力势能之间的转化和动能与弹性势能之间的转化，并分析在能的转化过程中什么力做功，什么力不做功。2、能较好地引导学生在只有重力做功以及只有重力做功的情况下，利用动能定理推导出机械能守恒定律的数学表达式，并初步理解机械能守恒的物理意义及定律成立的条件。3、在讲解只有弹簧弹力做功的系统内机械能守恒的数学表达式时，学生的理解相比较在只有重力做功的系统内机械能守恒的数学表达式困难。4、在进行课堂练习时，学生回答问题积极，教学反馈及时，但学生齐答的时间较多，个别发言较少。
