《機(jī)械能守恒定律》新課程教學(xué)設(shè)計(jì)

1 教材分析

能量守恒定律是十九世紀(jì)自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)之一。能量轉(zhuǎn)化和守恒思想貫穿整個(gè)高中教材， 從前后聯(lián)系來看，這節(jié)課的內(nèi)容有利于學(xué)生對(duì)功能關(guān)系的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)；為今后學(xué)習(xí)能量守恒、電荷守恒等守恒定律打下基礎(chǔ)。

教材一開始列舉出動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化的兩個(gè)實(shí)例，接著安排單擺小球的實(shí)驗(yàn)，利用學(xué)生的好奇心，提高學(xué)生探索新事物的興趣，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性。教材以平拋運(yùn)動(dòng)為例很快得出機(jī)械能守恒定律。

2 教學(xué)對(duì)象分析

新課程改革指出要徹底改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。學(xué)生通過初中機(jī)械能定性知識(shí)的學(xué)習(xí)、高中絕大部分力學(xué)知識(shí)和本章功、功率和動(dòng)能定理的學(xué)習(xí)，在物理知識(shí)結(jié)構(gòu)、思維的深度和認(rèn)知方法策略等方面均奠定了一定的基礎(chǔ)。但學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)物理規(guī)律的思維過程和方法的應(yīng)用能力以及動(dòng)手能力仍需進(jìn)一步培養(yǎng)和提高。

3 三維教學(xué)目標(biāo)

（一） 知識(shí)與技能：理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容，在具體問題中能判斷機(jī)械能是否守恒；初步學(xué)會(huì)用能量轉(zhuǎn)化和守恒的思想來解釋物理現(xiàn)象，并能將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際情境中，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力。

（二） 過程與方法：以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力和空間想象能力；在歸納機(jī)械能守恒定律的使用條件時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，分析歸納的能力以及口頭表達(dá)能力。

（三） 情感態(tài)度價(jià)值觀：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自信心以及嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

4 教法和學(xué)法

實(shí)驗(yàn)探究法：用\"鐵球碰鼻\"的實(shí)驗(yàn)引入課題。討論法：在推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律時(shí)，讓學(xué)生自己推導(dǎo)、討論。歸納法：在得出機(jī)械能守恒定律，守恒條件時(shí)用歸納法。啟發(fā)式教學(xué)和課件輔助教學(xué)。

5 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

正確理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容以及定律成立的條件。從功能轉(zhuǎn)化關(guān)系角度理解機(jī)械能守恒的條件；在具體問題中能判斷機(jī)械能是否守恒。

6 教學(xué)過程

（新課引入）師：前面我們學(xué)了機(jī)械能的知識(shí)，知道動(dòng)能和勢(shì)能（重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能）的總和統(tǒng)稱機(jī)械能。不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化。

ppt展示：⒈ 機(jī)械能：動(dòng)能、勢(shì)能（重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能）

Ek=12mv2 Ep=mgh

師：以單擺小球?yàn)槔瑢⑿∏蚶聊骋桓叨扔伸o止釋放，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，小球由最低點(diǎn)擺到往上擺，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。

下面我們利用這個(gè)單擺小球來做一個(gè)有趣的的實(shí)驗(yàn)：

（\"鐵球碰鼻\"：請(qǐng)同學(xué)上來合作，完成實(shí)驗(yàn)）

師：這位同學(xué)怕鐵球碰到鼻子，但是鼻子\"安然無恙\"，為什么呢？解釋這種現(xiàn)象要用到新的力學(xué)理論——機(jī)械能守恒，今天學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律。

ppt展示： 第五節(jié) 機(jī)械能守恒定律

師：現(xiàn)實(shí)物理世界存在大量動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的例子。

（課件展示：自由落體、平拋、小球壓縮彈簧的動(dòng)畫）

師：請(qǐng)同學(xué)們說明物體的動(dòng)能和勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化。

生：物體自由下落平拋時(shí)，高度越來越小，速度越來越大。高度減小表示重力勢(shì)能在減小；速度增大表示動(dòng)能增大。這個(gè)過程中，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。

豎直上拋的物體，在上升過程中，速度越來越小，高度越來越大。速度減小表示動(dòng)能減小；高度增大表示重力勢(shì)能增大。這個(gè)過程動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。

小球壓縮彈簧，放開后彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小球的動(dòng)能。

師：這幾個(gè)例子中動(dòng)能和勢(shì)能之間確實(shí)發(fā)生了轉(zhuǎn)化，那么在動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化過程中，動(dòng)能和勢(shì)能的總和即總的機(jī)械能如何變化呢？

（課件展示自由落體）

師：對(duì)自由落體的物體，請(qǐng)同學(xué)們?cè)谧约旱木毩?xí)本上分別寫出動(dòng)能定理的表達(dá)式及重力做功與重力勢(shì)能變化之間的關(guān)系。

（課件展示正確的表達(dá)式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生易出錯(cuò)的地方：重力做功等于\"初位置\"的重力勢(shì)能減去\"末位置\"的重力勢(shì)能）

ppt展示： mgh1-mgh2=12mv22-12mv21

師：等號(hào)左邊是重力勢(shì)能的減少量，等號(hào)右端是動(dòng)能的增加量。該式說明什么？

生：在上述過程中重力勢(shì)能的減小量等于動(dòng)能的增加量。

ppt展示： 12mv21+mgh1=12mv22=mgh2

師：請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合圖形說明這個(gè)式子等號(hào)兩端各物理量的含義。

生：等號(hào)左側(cè)表示物體在初位置的機(jī)械能；等號(hào)右側(cè)表示物體在末位置的機(jī)械能。該式說明在上述情景中物體的機(jī)械能是守恒的。

師：同學(xué)們對(duì)這兩個(gè)表達(dá)式描述得很好。其實(shí)，在物體做平拋運(yùn)動(dòng)或沿光滑斜面下滑都可以列出相同的式子。

那么請(qǐng)你們思考一下，這三種情境中物體的受力情況及各個(gè)力做功情況，有哪些共同點(diǎn)和不同點(diǎn)，猜想在什么條件下物體的機(jī)械能守恒？

（教師評(píng)析后總結(jié)守恒定律的內(nèi)容）

ppt展示： ⒉ 機(jī)械能守恒定律：在只有重力做功的情形下，物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。

師：我們分別用Ek1和Ek2表示物體的初動(dòng)能和末動(dòng)能，用Ep1和Ep2表示物體的初位置與末位置的重力勢(shì)能，則上式變成：

ppt展示： Ek1+ Ep1 =Ek2 +Ep2

是不是除重力外，其他力對(duì)物體做了功，物體的機(jī)械能就一定不守恒呢？如果豎直下落的物體除受重力外還受到空氣的阻力作用，機(jī)械能還守恒嗎？

（引導(dǎo)學(xué)生證明，課件展示）

WG-Wf=12mv22-12mv21

WG=mgh1-mgh2

12mv21+mgh1 =12mv22+mgh2+Wf

師：上式表明，物體在運(yùn)動(dòng)過程中，除重力做功外，如果還有其他力做功或其它力做功的代數(shù)和不為零，則機(jī)械能的總量要變。

ppt展示： ⒊ 守恒條件：只有重力做功。

師：只有重力做功包括以下兩種情況：

① 除重力外不受其它力作用 例如：自由落體和平拋

② 受其它力作用，但其它力不做功. 例如：沿光滑斜面下滑

師：這里請(qǐng)大家注意，推導(dǎo)中，物體的初狀態(tài)和末狀態(tài)我都是任意取的，所以說，\"守恒\"指過程中任意時(shí)刻的機(jī)械能都是相同的。

師：前面我們都是以動(dòng)能和重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化為例，研究機(jī)械能守恒。

動(dòng)能和彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化中，機(jī)械能總量是否守恒呢？。

（課件展示小球壓縮彈簧的動(dòng)畫）

類比得到：在只有彈力做功的條件下，物體的動(dòng)能與彈性勢(shì)能可以互相轉(zhuǎn)化，而機(jī)械能的總量保持不變.

ppt展示： 守恒條件：只有重力（或彈力）做功。

師：在這個(gè)例子中，小球的動(dòng)能和彈簧的彈性勢(shì)能總和保持不變，因此小球和彈簧系統(tǒng)機(jī)械能守恒；以自由落體運(yùn)動(dòng)為例，由于重力勢(shì)能是物體和地球相互作用引起的，因此物體和地球系統(tǒng)機(jī)械能守恒。所以

ppt展示： ⒋ 機(jī)械能守恒是對(duì)系統(tǒng)的。

師：學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律及條件，現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們?cè)囍忉屵@節(jié)課開始我們做的\"鐵球碰鼻\"的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。由于空氣阻力和鐵球的重力相比可以忽略，那么物體受到哪些力的作用？各力做功情況？鐵球的機(jī)械能守恒不呢？

生：鐵球擺動(dòng)過程中，受到重力和繩子拉力的作用，但拉力不做功，鐵球的機(jī)械能守恒，所以每次都擺到原來的高度，實(shí)驗(yàn)者的鼻子是安全的。

師：同學(xué)解釋得非常正確。不僅這樣，如果在鐵球擺動(dòng)范圍的某點(diǎn)訂一個(gè)釘子，小球仍能上升到原來的高度。

（課件展示訂有一個(gè)釘子后單擺小球的動(dòng)畫）

（播放蹦極視頻，引導(dǎo)學(xué)生分析能量的轉(zhuǎn)化）

5.課堂練習(xí)：教材的\"思考與討論\"和練習(xí)題。

6.小結(jié)：本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律，重點(diǎn)是掌握定律的內(nèi)容和表達(dá)式，理解定律成立的條件，從而正確應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題。同時(shí)要注意\"守恒\"指整個(gè)物理過程的任一時(shí)刻機(jī)械能都是相同的。所以，同學(xué)們可以根據(jù)需要選擇過程中的任意兩個(gè)狀態(tài)列機(jī)械能守恒的方程。

7 課后反思

該課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，充分的體現(xiàn)了新課標(biāo)的理念，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，重視學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，努力改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式！

重視物理概念和規(guī)律的教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的思維過程和思維方法，培養(yǎng)學(xué)生自信心以及嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)！