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1、2022年高一物理 第五章 F 機械能守恒定律教案 滬科版 一、教學任務(wù)分析 機械能守恒定律是中學物理學習中最為重要且要求最高的幾個學習內(nèi)容之一，同時也是以后學習能量守恒的基礎(chǔ)；本節(jié)課的學生實驗——用DIS研究機械能守恒定律是新課標規(guī)定的學生實驗，也是本教材12個重點探究內(nèi)容之一。 學習本節(jié)課需要以動能、勢能、功和能的關(guān)系、牛頓運動定律等為知識基礎(chǔ)，以DIS實驗系統(tǒng)的熟練使用為實驗基礎(chǔ)。 本設(shè)計從游樂場的高架滑車引入，在發(fā)現(xiàn)動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化之后，引出探究的主題：在轉(zhuǎn)化過程中動能和重力勢能的變化量是否相等。通過對三種運動的過程中機械能是否守恒的研究，得出機械能守恒定律及其條件。

2、最后運用機械能守恒定律解決簡單的問題，加深對機械能守定律的理解。 本設(shè)計注重知識內(nèi)容的探究過程，并且強調(diào)學生的參與。在逐步形成概念規(guī)律的過程中，學生經(jīng)歷了學習、研究物理的一般方法，在運用物理規(guī)律解決社會生活中的問題的過程中體驗學以致用的快樂并感悟物理與社會生活的緊密聯(lián)系。 二、教學目標 1．知識與技能 （1）知道機械能的概念。 （2）理解機械能守恒定律及其條件。 （3）學會用利用數(shù)學演繹的方法推導(dǎo)機械能守恒定律。 （4）學會用DIS實驗驗證機械能守恒定律。 2．過程與方法 （1）通過對機械能守恒定律的理論推導(dǎo)和實驗探究，感受學習和研究物理的科學方法。 （2）通過對機械能守

3、恒條件的歸納，經(jīng)歷在不同的現(xiàn)象中尋找共性的研究方法 （3）通過利用DIS實驗探究在擺錘的運動中機械能是否守恒，認識到DIS實驗是現(xiàn)代實驗研究的重要途徑之一。 3．情感、態(tài)度與價值觀 （1）通過在幾種不同運動的研究基礎(chǔ)上建立機械能守恒定律的過程，增強嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。 （2）通過自主推導(dǎo)、DIS實驗驗證機械能守恒的過程，激發(fā)學習的積極性、能動性。 （3）在運用機械能守恒定律解決實際問題的過程中，體驗學有所得的快樂，并感悟物理與社會生活的緊密聯(lián)系。 三、教學重點與難點 重點：理解機械能守恒定律及其條件 難點：歸納出只有重力做功是機械能守恒的條件 四、教學資源 1．器材： 學生實

4、驗：機械能守恒實驗器、DIS實驗系統(tǒng)（光電門傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機） 2．課件：視頻（高架滑車）、閱讀材料（火車站臺） 五、教學設(shè)計思路 本設(shè)計的內(nèi)容包括三個方面：一是建立機械能的概念，二是探究出機械能守恒定律，三是應(yīng)用機械能守恒定律解決簡單問題。 本設(shè)計的基本思路是：從生活中的運動中發(fā)現(xiàn)動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化，進而引出探究的主題：在轉(zhuǎn)化過程中動能和重力勢能的變化量是否相等。利用老師示范、學生理論推導(dǎo)、學生實驗三種不同方式研究三種運動的過程中機械能是否守恒，然后從中找出共性，得出機械能守恒定律及其條件。最后運用機械能守恒定律解決簡單的問題，加深對機械能守定律的理解。 本設(shè)計

5、要突出的重點是：探究在某些運動中機械能是否守恒。方法是：教師證明在自由落體運動中機械能守恒；學生自行證明在光滑斜面上下滑的物體機械能守恒；學生通過DIS實驗證明擺錘的運動過程機械能守恒。 本設(shè)計要突破的難點是：機械能守恒的條件是只有重力做功。方法是：在證明三種運動過程中機械能守恒之后，引導(dǎo)學生想到能的變化是與力做功有密切關(guān)系的，考察在三種運動過程中的力做功情況，尋找出在三種運動中力做功的共性，即只有重力做功。 本設(shè)計針對三種運動采用三種不同的證明方式，學生可以感受到物理學習和研究的一般方法——理論演繹和實驗探究，同時經(jīng)歷歸納機械能守恒條件的過程。DIS實驗在證明擺錘在擺動過程中機械能守恒發(fā)

6、揮的作用可以讓學生體會信息技術(shù)對物理學習帶來的改變，激發(fā)學習的興趣。 最后應(yīng)用機械能守恒定律解決問題的環(huán)節(jié)可以使學生體驗學以致用的快樂，并且領(lǐng)略到物理與生活的緊密聯(lián)系。 完成本設(shè)計的內(nèi)容約需2課時。 活動II 學生演繹 動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化 機械能的概念 情景I 視頻，設(shè)問1 情景II 設(shè)問2 活動I 教師演繹 活動III DIS實驗 在一些運動中機械能守恒 情景III 設(shè)問3 活動IV 師生互動 機械能守恒的條件 機械能守恒定律 活動V 解決問題 六、教學流程 1．教學流程圖 2．流程圖說明 情景I

7、 播放視頻，提出問題1 觀看游樂場里“高架滑車”的運動，提出問題：在滑車向下運動和向上運動的過程中，能量是怎樣變化的？ 從視頻和問題中，引出在運動過程中物體的動能和勢能間是可以相互轉(zhuǎn)化的，同時建立機械能的概念。 情景II 提出問題2 通過問題：“動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化的遵循怎樣的規(guī)律？”引出探究的主題——在運動中機械能是否守恒。 活動I、活動II、活動III 探究在運動過程中機械能是否守恒 研究在三種運動中機械能是否守恒。教師用演繹的方法證明在自由落體運動過程中機械能守恒；學生用演繹的方法證明物體在光滑斜面上下滑的過程中機械能守恒；用DIS學生實驗證明擺錘的運動過程中機械能守恒。

8、 情景III 提出問題3 從問題：“是否所有的運動過程中機械能都是守恒的？”引出機械能守恒的條件的探究。 活動IV 師生互動 教師引導(dǎo)學生從“功是能量變化的量度”這個角度來研究機械能守恒的條件。學生考察三種運動過程中物體所受力做功的情況，歸納出共性——只有重力做功。 活動V 解決問題 閱讀材料，定性地解釋火車站臺坡度設(shè)置的原理；運用機械能守恒定律解決教材P63頁示例中的問題。 3．教學的主要環(huán)節(jié) 本設(shè)計可分為三個主要的教學環(huán)節(jié)。 第一環(huán)節(jié)，通過視頻和經(jīng)驗得出在運動過程中動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化。 第二環(huán)節(jié)，探究在所研究的運動中機械能是否守恒及其條件。 第三環(huán)節(jié)，應(yīng)用機

9、械能守恒定律解決簡單的問題。 七、教案示例 （一）建立機械能的概念 觀看視頻，提問討論： 問題1：哪位同學曾經(jīng)做過這樣的高架滑車，請談?wù)勀愕母惺堋? 問題2：如果從能量的角度來看，在向下和向上運動的過程中，滑車具有的哪些能，它們分別在發(fā)生怎樣的變化？ 結(jié)論一：在這類運動中，物體因為質(zhì)量、速度、位置等力學量而具有的動能、勢能統(tǒng)稱為機械能。 結(jié)論二：在機械運動中，動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化。 （二）探究機械能守恒的規(guī)律 請再舉一些在物體運動過程中動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化的例子。（列在黑板上） 問題1：在這些運動中，物體的動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化，可能會遵循怎樣的規(guī)律？ 學生猜測：動能與

10、勢能的總和即機械能可能不變。 1．驗證在一些常見運動中，機械能是否守恒 我們從較為簡單運動中入手，看看是否存在這樣的規(guī)律。 （1）驗證在自由落體運動中機械能是否守恒： 教師示范，通過數(shù)學演繹的方法驗證做自由落體運動的物體在運動過程中任意兩點的機械能相等。 （2）驗證在光滑斜面下滑的物體機械能是否守恒： 學生利用教材P62的自主活動，通過數(shù)學演繹的方法驗證沿光滑斜面勻加速下滑的物體在運動過程中任意兩點的機械能相等。 （3）驗證擺錘在運動中機械能是否守恒 DIS實驗一：觀察擺錘擺到另一側(cè)的最高位置與開始釋放位置的高度關(guān)系。 結(jié)論：擺錘在兩側(cè)最高位置時的機械能是相等的。 問題：要

11、證明擺錘在運動過程中的機械能總是不變的，還必須怎樣做實驗？ DIS實驗二：驗證在擺錘運動的過程中機械能是不變的。 實驗方案：測量擺錘任意位置的速度、高度，算出擺錘經(jīng)過該位置時的動能、重力勢能，兩者相加算出機械能，比較不同位置的機械能，看其是否相等。（該方案在老師啟發(fā)、提問，學生討論、交流的過程中逐步形成。） 結(jié)論：擺錘在運動過程中的機械能守恒。 問題2：受否所有的運動中物體的機械能都是守恒的呢？ （4）驗證在粗糙斜面上勻加速下滑物體的機械能是否守恒： 經(jīng)過數(shù)學演繹，發(fā)現(xiàn)在粗糙斜面上勻加速下滑物體的機械能不守恒。 2．尋找機械能守恒的條件 通過對上述幾種運動的研究，我們發(fā)現(xiàn)，有些

12、運動機械能是守恒的，有些運動機械能是不守恒的，由此我們想到機械能守恒可能是要滿足一定的條件的。下面我們就來看看這些機械能守恒的運動中，有什么共同的特征，而這些特征又恰恰是那些機械能不守恒的運動中不具備的。 在上一節(jié)課的學習中，我們已經(jīng)知道能量的變化是與力做功有關(guān)的，所以，我們可以仔細分析一下在這幾種運動中，物體所受力做功的情況，看看會不會有什么發(fā)現(xiàn)。 運動類型 受力情況 做功的力 自由落體運動 重力 重力 沿光滑斜面下滑的物體 重力、支持力 重力 擺錘的運動 重力、繩子拉力 重力 沿粗糙斜面勻加速下滑的物體 重力、支持力、摩擦力 重力、摩擦力 我們發(fā)現(xiàn)，在機械能守恒的幾種運動中，受力情況各不相同，但是做功情況相同，都是只有重力做功，在機械能不守恒的運動中，除了重力之外，還有別的力做功。我們初步可以得出這樣的結(jié)論：機械能守恒的條件可能是只有重力做功。 如果時間允許，我們可以對更多的運動進行仔細的分析。科學家們對大量的運動做了仔細的研究，他們得出的結(jié)論和我們是一樣的。 結(jié)論：機械能守恒定律 （三）機械能守恒定律的應(yīng)用 1．閱讀相關(guān)材料，解釋為什么火車進站時要上坡、出站時要下坡。 2．完成教材P63示例中的問題。 （四）作業(yè)布置（略）