机械能守恒定律教学设计

课题：F 机械能守恒定律（第一课时） 执教：上海川沙中学  沈铭峰 一、教学任务分析 本节课所用的教材是由上海科学技术出版社出版的高级中学物理课本高一年级第二学期第五章《F 机械能守恒定律》。从内容上看这节课的内容有利于学生对功能关系的进一步认识，有利于强化学生对动能定理的理解；从思维方式上来看机械能守恒定律是学生在高中阶段遇到的第一个守恒定律，学生通过学习能初步建立守恒的思想。因此，本课时的学习在本章中具有很重要的地位。 上海市川沙中学是上海市实验性示范学校，学生来自全市，以浦东新区的学生为主。教学对象为高一平行班学生，他们对DIS（数字化信息系统）实验操作有一定基础，能利用力学传感器进行测量并能进行简单的分析。 通过前几节课内容的学习，学生已经知道了重力做功会引起重力势能的变化，合外力做功能引起物体动能的变化。那么，动能和势能都参与转化的过程中，情况又如何呢？本节课就是解决学生头脑中的这个疑问。 本从“小车从斜面上滑后再下滑”和“碰鼻游戏”引入，知道这两个运动中都有重力势能和动能的相互转化，紧接着就提出问题——在转化过程中重力势能和动能遵循怎样的规律？然后通过学生实验自己探究重力势能和动能转化过程中机械能守恒，再通过两个教师演示实验得出机械能守恒的条件，最后对机械能守恒定律进行小结和应用。 二、教学目标 1．知识与技能 （1）理解物体在只有重力做功时动能和重力势能的相互转化； （2）理解机械能守恒定律及其条件。 2．过程与方法 （1）在机械能守恒定律的探究中，经历科学的探索过程，感受物理学中过程模型化的思想； （2）运用能量转化和守恒的观点解释物理现象、分析生活中的实际问题。 3．情感、态度与价值观 （1）通过对现象、实验的分析，激发学习物理的兴趣； （2）通过对机械能守恒的探究过程树立科学的观点，感受物理中守恒思想的意义。 三、教学重点和难点 重点：理解机械能守恒定律内容； 难点：（1）理解机械能守恒的条件； （2）DIS实验中的实验数据分析与处理。 四、教学资源 1．DIS演示实验1套（包括计算机1台、数据采集器1个、光电门传感器6个、导线若干）。 2．学生实验24组（包括计算机1台、数据采集器1个、DIS验证机械能守恒定律器材1套）。 3．演示实验：单摆（重摆锤，绳）、铁球2个、小车1辆、轨道3个、钢丝绳1根 4．：ppt幻灯片。 5．软件：DIS 7.0实验软件。 6．投影仪。 五、教学设计思路 本设计从“学生主动学习，自主发展”的理念出发，重视学生对现象、实验观察分析能力的培养，让学生经历“观察——分析——设计——结论”的过程，获得机械能守恒定律及其守恒的条件，最后能对相关现象进行解释并能进行简单计算。这样学生就可以在学习物理知识的过程中，体验科学方法，增强科学精神、养成科学态度。 本节课需突出的重点是：机械能守恒定律内容。 方法：整个教学活动都围绕机械能守恒定律的获得展开。从“小车从斜面上滑后再下滑”和“碰鼻游戏”引入，增加学生的感性认识，体验到重力势能和动能的相互转化；通过学生对实验的探究，得出摆锤在摆动过程中机械能守恒；然后教师做演示实验——“小球自由落体”和“带孔小球从倾斜钢丝上下滑”，得出重力势能和动能相互转化时机械能守恒并得出机械能守恒的条件；应用阶段是用定律来解释“碰鼻游戏”和“上海地铁某车站的#设计#”，来进一步强化机械能守恒定律及其条件。 本节课需突破的难点是：机械能守恒的条件和DIS实验中的实验数据分析与处理。 方法：对于机械能守恒的条件这个难点是通过对摆锤在竖直面内的摆动、自由落体运动和带孔小球从倾斜钢丝上下滑这三种运动的对比，再加上学生与同伴间相互讨论、小结获得机械能守恒的条件，这样一来学生对这个知识会有很深的印象，理解也会更深了。对于DIS实验中的实验数据分析与处理，这一直以来是高中学生在物理实验中的一个难点，这次还是以引导为主，逐步完善学生在实验数据分析与处理上的方法。 完成本设计的内容需1课时。 六、教学 1.教学流程图 摆锤摆动过程中机械能守恒 2．教学流程图说明 情景Ｉ 通过观看“小车从斜面上滑后再下滑”演示实验1引入,提出问题1。 活动I 师生互动“碰鼻游戏”结合刚才演示实验，对现象进行观察和分析，知道这两个运动过程中重力势能和动能相互转化。提问2，在运动过程中动能和重力势能相互转化时的规律。 活动II 学生分组进行实验，通过对实验的分析来研究摆锤在竖直平面内摆动时动能和重力势能相互转化的规律。 活动III 演示实验2——小球自由落体，研究自由落体运动过程中动能和重力势能相互转化的规律。 活动Ⅳ 演示实验3——带孔小球从倾斜钢丝上下滑，根据实验结果分析机械能守恒的条件，最后归纳出机械能守恒条件。 应用  解释“碰鼻游戏”的安全性；解释“上海地铁某车站的设计方案”；布置作业 3．主要教学环节 本设计可分为四个主要的教学环节。 第一个环节  情景引入 通过演示实验和游戏引入本节课的课题，动能和重力势能相互转化及其规律。 第二个环节 定量探究 通过学生实验，研究摆锤在竖直平面内摆动过程中动能和重力势能相互转化的规律，对此实验结果进行小结，得出摆锤在运动过程中机械能守恒。 第三个环节  实验验证  通过教师演示实验获得自由落体运动过程中机械能守恒。 第四个环节  实验探讨  通过教师演示实验——带孔小球从倾斜钢丝上下滑，分析结果，机械能不守恒，再总结机械能守恒的条件和定律。 第五个环节  应用  解释现象，巩固所学知识，作业布置。 4．板书设计 弹性势能           F    机械能守恒定律 1、条件：只有重力做功 2、内容：在只有重力做功的情形下， 物体的动能和重力势能发生相互转化， 但机械能的总量保持不变。 3、表达式：       或 七．教学过程 （一）课题引入 复习回顾： 师：同学们，通过上几节课的学习我们已经知道了机械能的形式包括动能和势能，势能又包含了重力势能和弹性势能。（板书：机械能 动能、势能 重力势能、弹性势能） 演示实验：小车从斜面上滑后再下滑和大铁锤在竖直面的摆动，观察这两个过程中的能量转化。 师：请从动能和重力势能角度来分析它们有什么共同特点？ 生：它们在运动过程中都有动能和重力势能相互转化的过程。 游戏：接下来我要邀请一名同学和我一起做游戏——碰鼻游戏。 实验装置如图所示。 让学生靠近单摆站立，教师把悬挂的重锤拉至学生鼻尖由静止释放，观察当重锤回摆时学生是否害怕，并根据游戏现象猜想动能和势能相互转化的过程中是否存在某种规律。 师：从游戏中可以看到重锤只能摆到释放时的等高处，鼻子不会受到任何伤害，为什么呢？（学生讨论，通过学生亲身经历，激发学生探究欲望），要想知道原因，那我们必须先知道这一过程中动能和重力势能相互转化时的规律。 （二）学生探究 师：那么动能和重力势能在相互转化过程中有什么规律呢？今天我们将通过实验来探究。 下面我们要根据课桌上的器材来做实验，来探究重锤在竖直平面内摆动机动能和机械能的关系。观察实验器材，说说各个装置的作用。 学生实验：用DIS研究机械能守恒定律 实验装置如图所示。 实验目的：研究动能和重力势能转化中所遵循的规律。 实验原理：分别测定摆锤在摆动过程中任意时刻的动能和势能，研究机械能的总量有什么特点。 实验器材：机械能守恒实验器、光电门传感器、数据采集器、计算机。 实验步骤： 1．架设好“机械能守恒实验器”，将实验装置中的光电门传感器接入数据采集器。 2.点击教材专用软件主界面上的实验条目“研究机械能守恒定律”，打开该软件。 3.测量机械能守恒实验器摆锤的直径Δs及其质量m，将数据输入软件窗口下方的。（已由计算机默认，不必输入） 4．将释放器（磁铁夹）固定在机械能守恒实验器的A点（用测平器定位），将光电门固定在D点（用测平器定位），取摆锤摆动时的最低点D为零势能点。 5．点击“开始记录”，释放摆锤，摆锤通过光电门传感器的速度就显示在表格中。 6.依次将光电门传感器固定在C、B点（用测平器定位），点击“开始记录”，重复实验，得到三组数据（A点计算机已默认）。 7.点击“数据计算”，得到摆锤通过A、B、C、D各点时的动能、势能和机械能值。 注意事项： 1．固定光电门和磁铁夹时为达到精确定位，需使用测平器。 2．每次释放摆锤之前，均需点击“开始记录”。 3．当摆锤通过光电门传感器后，要防止摆锤回摆产生误挡光 结论： 次数 D C B A 高度h(m) 0 0.050 0.100 0.150 速度v(m/s) 0 势能E(J) 动能E(J) 机械能E(J) 比较上述实验结果中各位置的机械能（在实验允许的误差范围内），机械能的总量______________ 师：在学生做完实验后，让各组学生根据实验结果进行交流并发言。 生：通过实验可以发现摆锤在运动过程中动能和重力势能相互转化时，动能和重力势能相加几乎是定值。 师：好，我们可以看到在实验允许的误差范围内，机械能的总量如果动能和重力势能相加是定值，那么我们就讲物体在运动过程中机械能守恒。 （三）继续探究 师：上学期我们学过简单的运动——自由落体，下面我们就来研究一下，物体在做自由落体运动时，机械能是否守恒。 演示实验：自制实验器材如图所示，小球的质量和直径已测出。（让一个学生参与记录数据，使用Excel进行数据计算）让小球从某一高度下落，然后通过三个光电门得到通过时的速度就可以算出此时的动能，把光电门C处作为零势能面，可计算出小球的重力势能，把两者相加就得到了该点的机械能。 通过实验可以验证三个位置的动能和重力势能之和在实验允许的误差范围内是定值即物体在这过程中机械能守恒。（这个结论也可以让学生来讲） （四）拓展实验 师：通过刚才的实验我们可以看到他们在运动过程中机械能守恒，我们再看一个实验，把带孔小球从倾斜钢丝上下滑，我们再来看看，机械能是否守恒？为什么？（提示：可以做受力分析。学生讨论并发言） 生：通过对比受力分析可以知道，机械能守恒条件是只有重力做功。 师：好！我想现在我们自己可以总结这个规律了。（让学生回答并记录） （五）应用小结 师：好！现在我们就可以解释一下刚才的“碰鼻游戏”，为什么鼻子没被碰扁呢？（让学生回答） 例题：随着人类能源消耗的迅速增加，如何有效地提高能源的利用率是人类所面临的一项重要任务。下图是上海地铁某车站的设计方案示意图，站台前轨道的两边都有一个小的坡度。请你从节能的角度，分析这种设计的优点。 师：最后说明一下，这个机械能守恒定律内容不是最完备的，以后将会学到更完备的守恒定律。 （在只有重力或弹力对物体做功的条件下(或者不受其他外力的作用下），物体的动能和势能（包括重力势能和弹性势能）发生相互转化，但机械能的总量保持不变，这个规律叫做机械能守恒定律。） (六) 布置作业 1、思考题：能不能说机械能守恒的条件是只受重力作用？为什么？ 2、完成机械能守恒定律学案