1、能量守恒定律教学设计 （第一课时） 福建省泉州市第一中学 叶其武 一学习任务分析 1教材的地位和作用 能量守恒定律是自然界普遍规律，它是不仅是解决力学问题的金钥匙之一 ，同时它也统领了整个高中物理力，热，电，光，原等各个章节。学了这章的 知识，对于变力等问题就有了解决的方法和手段。学了这章的知识，学生解决 物理问题的思维方法也要开阔，对物理问题即要从力和运动的角度分析，还要 从功和能关系的分析。 2教学重点和难点： 1机械能守恒定律是本章教学的重点内容，本节教学的重点是使学生掌握 物体系统机械能守恒的条件；能够正确分析物体系统所具有的机械能；能够应 用机械能守恒定律解决有关问题。 2能否正确选
2、用机械能守恒定律解决问题是本节学习的另一难点。通过本 节学习应让学生认识到，从功和能的角度分析、解决问题是物理学的重要方法 之一；同时进一步明确，在对问题作具体分析的条件下，要能够正确选用适当 的物理规律分析、处理问题。 。 二学习者情况分析 在学习这一内容之前，所教的学生已知道功，能，动能，势能，重力势等 概念。掌握了重力能变化与重力功的关系，合外力功与动能变化的关系等规律 ；会计算恒力的功，会用动能定理计算变力的功，会用动能定理计算描述变速 运动的物理量。在能力方面已近学过许多物理规律的推导，具有一定的演绎推 理能力。经过以往的多媒体教学，他们比较熟悉和习惯用计算机课件上课的方 式.学生对
3、物理学的研究方法已有一定的了解，在自主学习、合作探究等方面 的能力有了一定提高。 在非智力因素方面，学生学习积极主动，对学习物理有较浓厚兴趣；有较 强的好奇心和求知欲，乐于探究自然界的奥秘；敢于坚持正确观点，勇于修正 错误；喜欢和同龄人一起学习，有将自己的见解与他人交流的愿望，具有团队 精神。 三教学目标分析 1知识与技能： 通过实验能验证机械能守恒定律。 理解机械能守恒定律。会用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关 问题。 了解自然界中存在多种形式的能量。知道能量守恒定律是最基本，最普 遍的自然规律之一。 2过程与方法： 让学生通过已有日常生活和实践中的能量转化的经历，提出如何验证 能量转化
4、和守恒定律。接着让学生设计验证性实验，体会验证性实验的探究过 程。 在探究过程中，渗透科学研究方法，知道影响实验的有关因素并加以 控制，例如各种阻力。会纪录，分析和处理数据。 讨论实验得出的结论以及如何减小实验误差。 从理论上推导机械能守恒定律。学会用已掌握的规律推导新的规律，培 养推理论证的能力。会由重力势能与动能的转化和守恒推论出各种能量间 的转化与守恒，即会从个性特征抽象出共性特征。 3情感、态度、价值观： 通过学生之间的讨论、交流与协作探究，培养团队合作精神。 让学生在探究过程中体验科学研究问题的乐趣，增进学习物理的情感 。 让学生感悟能的转化与守恒定律在物理学中，在自然科学中的重要地
5、位 。感悟能的转化与守恒定律为不同学科的沟通与联系提供了桥梁。 四教材处理与教学策略 在教材处理上把能量守恒定律分为两个学时。第一学时主要的任务是：理 论探究 只在重力作用和只在弹力作用下物体运动过程机械能守恒；第二学时主 要的任务是：验证性实验与探究性实验。验证实验即验证第一课的理论推导结 果，探究性实验则探究不同阻力下的物体运动过程机械能是否守恒。进而总结 能量守恒定律。本节课是第一学时，主要采用以下的教学策略： 1自主学习与合作探究 学生两人一组实验，让学生在自主学习中，通过对认知活动进行自我监控 ，并及时作出相应的调整。在理论推导机械能转化与守恒的活动中，要求各学 习组用不同的方法，例
6、如小球自由落体，斜面小车，阿武德机等来推导。这样 可以知识互补，互相学习，交流合作，让不同层次的学生都能有所作为，有所 收获。提倡小组间的合作探究与对比，在对比中提出问题，分析问题，解决问 题，完善结果。 五教学器材 教学设备：多媒体教室、麦克斯韦滚摆、单摆和弹簧振子，课件 六教学过程设计 （一）创设情景、引入新课 1.结合复习引入新课。 前面我们学习了动能、势能和机械能的知识。在初中学习时我们 就了解到，在一定条件下，物体的动能与势能（包括重力势能和 弹性势能）可以相互转化，下面我们观察演示实验中物体动能与 势能转化的情况。 2.演示实验。依次演示麦克斯韦滚摆、单摆和弹簧振子，提醒学 生注意
7、观察物体运动中动能、势能的变化情况。 通过观察演示实验，学生回答物体运动中动能、势能变化情况， 教师小结： 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，物体的势能增大。 多媒体课件：物体在不同的力学条件下的运动 提出问题：上述运动过程中，物体的机械能是否变化呢？这是我 们本节要探究的主要内容。 （二）分组理论探究机械能守恒 教师提出以下几种情景： 1只有重力对物体做功时物体的机械能 情景 1：质量为 m 的物体自由下落过程中，经过高度 h1 的 A 处速 度为 v1，下落至高度 h2 的 B 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（引导
8、学生思考分析）。 情景 2；从倾角为 的光滑斜面上滑下的小车，经过 A 点时速度 为 Va，下滑位移 S，到达 B 点速度为 Vb。分析此过程机械能的变 化. 2弹簧和物体组成的系统的机械能. 情景 3.以弹簧振子为例（未讲振动，不必给出弹簧振子名称，只 需讲清系统特点即可），简要分析系统势能与动能的转化。 教师要求与启发：要求学习小组选择一个情景，用学过的动能定 理，重力的功与重力势能变化的关系，对以上前两种情景，定量 写出物体经历的过程前后的机械能 E1 和 E2，看机械能变化了没 有，存在什么关系。第三种情景要求定性分析。 （三）学习小组理论探究结果展示与讨论。 情景 1 小组理论探究结
9、果展示的内容： 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 WGmgh 1-mgh2 由以上两式可以得到 情景 2 小组理论探究结果展示的内容： 下滑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 B 点重力势能为零，有 mgSsinwG 根据动能定理，有 .mgSsin2sin1asm2 )Vv(vw2AB2A2BG 提出问题：上述结论是否具有普遍意义呢？（作为课后作业，请同学们 课后进一步分析物体做平抛和竖直上抛运动时的情况。） 学生讨论：上述两个表达式说明了什么？ 讨论后、学习小组代表回答。 代表甲：
10、在表达式中等号左边是物体在 A 处的机械能，等号右边是物体在 B 处的机 械能，该表达式说明：物体在下落过程中，物体的机械能总量不变。 代表乙：对于表达式，重力做的功等于动能的增量，也等于重力势能的减少量。该 表达式说明：物体在下滑过程中，重力势能的减少量等于动能的增量。物体的机械能总量 不变。 教师总结：用 EK1 和 EK2 表示物体的初动能和末动能，用 EP1 和 EP2 分别表示物体在初 位置的重力势能和末位置的重力势能，则得到：E K1+EP1=EK2+EP2，也就是初位置的机械能 等于末位置的机械能，即机械能是守恒的。 （四）学习小组讨论机械能守恒的条件： 教师引导学生思考：在推导
11、中我们以物体做自由落体和斜面小车为例进行的，上述二 种运动有什么相同和不同之处？从上述两种运动中，你能猜想一下：机械能在什么情况下 守恒？ 在引导学生会回答认识，不同之处是物体运动受力不同，自由落体运动是只受重力作 用，而斜面小车还受支持力作用。相同点是在上述两种运动中物体只有重力做功，支持力 不做功。教师再要求学生猜想并分析：机械能在什么情况下守恒？ 学生在猜想过程中教师提示：重力做功只会使动能与势能相互转化，机械能总量不变。 除了重力之外其它力做功又会怎样呢？学生举例分析。例如，汽车加速上坡，子弹打进木 块。前者合外力的功为正机械能增加，后者摩擦力做功机械能减少。 最后教师总结： 通过上述
12、分析，我们得到：在只有重力做功，其它外力不做功或其它外力做功的代数 和为零的情况下，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，这个 结论叫机械能守恒定律。 为了回答情景 3 和完善机械能守恒的条件教师演示并讨论：放开被压缩的弹簧，可以 把跟它接触的小球弹出去，在这个过程中，能量是如何转化的？类比地，你能得到在这个 过程中机械能守恒的条件吗？ 引导学生认识在小球被弹簧弹出的过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的动能。 类比得到：如果有弹力做功，动能和弹性势能之和保持不变，即机械能守恒。这样就 得到机械能守恒的条件：物体在只有重力和弹簧的弹力作用下，势能和动能相互转化，机 械能保持不变
13、。 （五）回顾总结 深化认识 教师引导学生回顾本节课的理论探究过程，以及探究过程中使用的物理思 想和方法：即用已学的规律探究和发现新的物理规律；归纳总结这节课的知识 要点；让学生提出自己在理论探究学习中存在的疑问，教师答疑，以巩固和深 化知识。 教学情景预测 学生可能遇到的困难 1。不懂得从已学过的物理规律来推 导新的物理规律。教师可以这样启发：对研究对象经历的过程用重力势能与重力 功德关系列一式；再用动能定理列一式。 学生可能遇到的困难 2，不懂得应用运动学来整理表达式而得出结论。教 师提示：告诉学生明确目的，即探究过程“物体的机械能是否变化” ，要把过程机械 能的变化写出来，并用已知的，相
14、同的，可比的量来表示。 教学过程提醒： 在学生交流讨论推导结论过程，要有较充分的时间让他们对另一种推 导方法进行交流学习，各对比组阐述自己的观点，方法，思路。以达到相互学 习，开阔思路的目的。同时应注意有些学生可能有别的方法，要鼓励和认 真对待，在课堂时间不足的情况下，可在课外指导学生去探究。 七本设计主要特点： 1本节课教学设计注重学生学习过程的理论探究，体现了培养学生推理和 应用知识的能力。笔者始终认为探究有两方面：实验探究和理论探究，两者缺 一不可。 2本节课把能量守恒定律分为两个课时，第一课时侧重理论探究，第二课 时则为实验探究。第二节课的实验，既有上课时各学习组的理论探究结果的验 证
15、性实验，又有探究性实验，例如用数码相机连拍的功能拍摄阻力较大和较小 的落体运动，探究其机械是否守恒。 3在教学方法上突出学生为主导，教师的作用是启发，引导和答疑。在学 生展示推导过程和讨论结果时，教师应溶入到学生中，扮演其中的一分子，开 展合作探究，进行理论探索。教学中尤其关注生个体差异产生新的教学资源并 较好地进行利用，运用评价手段不断引导学生学习，较好地将新课程理念结合 于教学实际中。 八教学流程图： 提出问题：物体在重力， 弹力作用下机械能守恒吗？ 创设情景 1。自由落 体的物体。 情景 2。 光滑斜面 下滑的小 车 情景 3。 弹簧小球 学习小组选择以上情景理论探究物体在运动过程机械能的 变化或转化。 各学习小组展示理论 探究过程与结果。 分析总结各小组的研究结 果得出机械能守恒定律。 引入新课：演示实 验多媒体课件：物 体在不同的力学条件下的 运动
