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2019-2020年高一物理 第五章 F 機(jī)械能守恒定律教案 滬科版 一、教學(xué)任務(wù)分析 機(jī)械能守恒定律是中學(xué)物理學(xué)習(xí)中最為重要且要求最高的幾個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容之一，同時(shí)也是以后學(xué)習(xí)能量守恒的基礎(chǔ)；本節(jié)課的學(xué)生實(shí)驗(yàn)——用DIS研究機(jī)械能守恒定律是新課標(biāo)規(guī)定的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，也是本教材12個(gè)重點(diǎn)探究?jī)?nèi)容之一。 學(xué)習(xí)本節(jié)課需要以動(dòng)能、勢(shì)能、功和能的關(guān)系、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等為知識(shí)基礎(chǔ)，以DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的熟練使用為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 本設(shè)計(jì)從游樂(lè)場(chǎng)的高架滑車引入，在發(fā)現(xiàn)動(dòng)能和重力勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化之后，引出探究的主題：在轉(zhuǎn)化過(guò)程中動(dòng)能和重力勢(shì)能的變化量是否相等。通過(guò)對(duì)三種運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中機(jī)械能是否守恒的研究，得出機(jī)械能守恒定律及其條件。最后運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題，加深對(duì)機(jī)械能守定律的理解。 本設(shè)計(jì)注重知識(shí)內(nèi)容的探究過(guò)程，并且強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與。在逐步形成概念規(guī)律的過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)歷了學(xué)習(xí)、研究物理的一般方法，在運(yùn)用物理規(guī)律解決社會(huì)生活中的問(wèn)題的過(guò)程中體驗(yàn)學(xué)以致用的快樂(lè)并感悟物理與社會(huì)生活的緊密聯(lián)系。 二、教學(xué)目標(biāo) 1．知識(shí)與技能 （1）知道機(jī)械能的概念。 （2）理解機(jī)械能守恒定律及其條件。 （3）學(xué)會(huì)用利用數(shù)學(xué)演繹的方法推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律。 （4）學(xué)會(huì)用DIS實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 2．過(guò)程與方法 （1）通過(guò)對(duì)機(jī)械能守恒定律的理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)探究，感受學(xué)習(xí)和研究物理的科學(xué)方法。 （2）通過(guò)對(duì)機(jī)械能守恒條件的歸納，經(jīng)歷在不同的現(xiàn)象中尋找共性的研究方法 （3）通過(guò)利用DIS實(shí)驗(yàn)探究在擺錘的運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能是否守恒，認(rèn)識(shí)到DIS實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)研究的重要途徑之一。 3．情感、態(tài)度與價(jià)值觀 （1）通過(guò)在幾種不同運(yùn)動(dòng)的研究基礎(chǔ)上建立機(jī)械能守恒定律的過(guò)程，增強(qiáng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。 （2）通過(guò)自主推導(dǎo)、DIS實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒的過(guò)程，激發(fā)學(xué)習(xí)的積極性、能動(dòng)性。 （3）在運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，體驗(yàn)學(xué)有所得的快樂(lè)，并感悟物理與社會(huì)生活的緊密聯(lián)系。 三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn)：理解機(jī)械能守恒定律及其條件 難點(diǎn)：歸納出只有重力做功是機(jī)械能守恒的條件 四、教學(xué)資源 1．器材： 學(xué)生實(shí)驗(yàn)：機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)器、DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（光電門傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)） 2．課件：視頻（高架滑車）、閱讀材料（火車站臺(tái)） 五、教學(xué)設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括三個(gè)方面：一是建立機(jī)械能的概念，二是探究出機(jī)械能守恒定律，三是應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決簡(jiǎn)單問(wèn)題。 本設(shè)計(jì)的基本思路是：從生活中的運(yùn)動(dòng)中發(fā)現(xiàn)動(dòng)能和重力勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，進(jìn)而引出探究的主題：在轉(zhuǎn)化過(guò)程中動(dòng)能和重力勢(shì)能的變化量是否相等。利用老師示范、學(xué)生理論推導(dǎo)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)三種不同方式研究三種運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中機(jī)械能是否守恒，然后從中找出共性，得出機(jī)械能守恒定律及其條件。最后運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題，加深對(duì)機(jī)械能守定律的理解。 本設(shè)計(jì)要突出的重點(diǎn)是：探究在某些運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能是否守恒。方法是：教師證明在自由落體運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒；學(xué)生自行證明在光滑斜面上下滑的物體機(jī)械能守恒；學(xué)生通過(guò)DIS實(shí)驗(yàn)證明擺錘的運(yùn)動(dòng)過(guò)程機(jī)械能守恒。 本設(shè)計(jì)要突破的難點(diǎn)是：機(jī)械能守恒的條件是只有重力做功。方法是：在證明三種運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒之后，引導(dǎo)學(xué)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(yùn)動(dòng)過(guò)程中的力做功情況，尋找出在三種運(yùn)動(dòng)中力做功的共性，即只有重力做功。 本設(shè)計(jì)針對(duì)三種運(yùn)動(dòng)采用三種不同的證明方式，學(xué)生可以感受到物理學(xué)習(xí)和研究的一般方法——理論演繹和實(shí)驗(yàn)探究，同時(shí)經(jīng)歷歸納機(jī)械能守恒條件的過(guò)程。DIS實(shí)驗(yàn)在證明擺錘在擺動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒發(fā)揮的作用可以讓學(xué)生體會(huì)信息技術(shù)對(duì)物理學(xué)習(xí)帶來(lái)的改變，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。 最后應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問(wèn)題的環(huán)節(jié)可以使學(xué)生體驗(yàn)學(xué)以致用的快樂(lè)，并且領(lǐng)略到物理與生活的緊密聯(lián)系。 完成本設(shè)計(jì)的內(nèi)容約需2課時(shí)。 活動(dòng)II 學(xué)生演繹 動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化 機(jī)械能的概念 情景I 視頻，設(shè)問(wèn)1 情景II 設(shè)問(wèn)2 活動(dòng)I 教師演繹 活動(dòng)III DIS實(shí)驗(yàn) 在一些運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒 情景III 設(shè)問(wèn)3 活動(dòng)IV 師生互動(dòng) 機(jī)械能守恒的條件 機(jī)械能守恒定律 活動(dòng)V 解決問(wèn)題 六、教學(xué)流程 1．教學(xué)流程圖 2．流程圖說(shuō)明 情景I 播放視頻，提出問(wèn)題1 觀看游樂(lè)場(chǎng)里“高架滑車”的運(yùn)動(dòng)，提出問(wèn)題：在滑車向下運(yùn)動(dòng)和向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，能量是怎樣變化的？ 從視頻和問(wèn)題中，引出在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中物體的動(dòng)能和勢(shì)能間是可以相互轉(zhuǎn)化的，同時(shí)建立機(jī)械能的概念。 情景II 提出問(wèn)題2 通過(guò)問(wèn)題：“動(dòng)能和勢(shì)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(yùn)動(dòng)中機(jī)械能是否守恒。 活動(dòng)I、活動(dòng)II、活動(dòng)III 探究在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能是否守恒 研究在三種運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能是否守恒。教師用演繹的方法證明在自由落體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒；學(xué)生用演繹的方法證明物體在光滑斜面上下滑的過(guò)程中機(jī)械能守恒；用DIS學(xué)生實(shí)驗(yàn)證明擺錘的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒。 情景III 提出問(wèn)題3 從問(wèn)題：“是否所有的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能都是守恒的？”引出機(jī)械能守恒的條件的探究。 活動(dòng)IV 師生互動(dòng) 教師引導(dǎo)學(xué)生從“功是能量變化的量度”這個(gè)角度來(lái)研究機(jī)械能守恒的條件。學(xué)生考察三種運(yùn)動(dòng)過(guò)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(dòng)V 解決問(wèn)題 閱讀材料，定性地解釋火車站臺(tái)坡度設(shè)置的原理；運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決教材P63頁(yè)示例中的問(wèn)題。 3．教學(xué)的主要環(huán)節(jié) 本設(shè)計(jì)可分為三個(gè)主要的教學(xué)環(huán)節(jié)。 第一環(huán)節(jié)，通過(guò)視頻和經(jīng)驗(yàn)得出在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。 第二環(huán)節(jié)，探究在所研究的運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能是否守恒及其條件。 第三環(huán)節(jié)，應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題。 七、教案示例 （一）建立機(jī)械能的概念 觀看視頻，提問(wèn)討論： 問(wèn)題1：哪位同學(xué)曾經(jīng)做過(guò)這樣的高架滑車，請(qǐng)談?wù)勀愕母惺堋? 問(wèn)題2：如果從能量的角度來(lái)看，在向下和向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)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(yùn)動(dòng)中，物體因?yàn)橘|(zhì)量、速度、位置等力學(xué)量而具有的動(dòng)能、勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能。 結(jié)論二：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。 （二）探究機(jī)械能守恒的規(guī)律 請(qǐng)?jiān)倥e一些在物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能和重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的例子。（列在黑板上） 問(wèn)題1：在這些運(yùn)動(dòng)中，物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，可能會(huì)遵循怎樣的規(guī)律？ 學(xué)生猜測(cè)：動(dòng)能與勢(shì)能的總和即機(jī)械能可能不變。 1．驗(yàn)證在一些常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)中，機(jī)械能是否守恒 我們從較為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)中入手，看看是否存在這樣的規(guī)律。 （1）驗(yàn)證在自由落體運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能是否守恒： 教師示范，通過(guò)數(shù)學(xué)演繹的方法驗(yàn)證做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中任意兩點(diǎn)的機(jī)械能相等。 （2）驗(yàn)證在光滑斜面下滑的物體機(jī)械能是否守恒： 學(xué)生利用教材P62的自主活動(dòng)，通過(guò)數(shù)學(xué)演繹的方法驗(yàn)證沿光滑斜面勻加速下滑的物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中任意兩點(diǎn)的機(jī)械能相等。 （3）驗(yàn)證擺錘在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能是否守恒 DIS實(shí)驗(yàn)一：觀察擺錘擺到另一側(cè)的最高位置與開(kāi)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(shí)的機(jī)械能是相等的。 問(wèn)題：要證明擺錘在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械能總是不變的，還必須怎樣做實(shí)驗(yàn)？ DIS實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證在擺錘運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中機(jī)械能是不變的。 實(shí)驗(yàn)方案：測(cè)量擺錘任意位置的速度、高度，算出擺錘經(jīng)過(guò)該位置時(shí)的動(dòng)能、重力勢(shì)能，兩者相加算出機(jī)械能，比較不同位置的機(jī)械能，看其是否相等。（該方案在老師啟發(fā)、提問(wèn)，學(xué)生討論、交流的過(guò)程中逐步形成。） 結(jié)論：擺錘在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械能守恒。 問(wèn)題2：受否所有的運(yùn)動(dòng)中物體的機(jī)械能都是守恒的呢？ （4）驗(yàn)證在粗糙斜面上勻加速下滑物體的機(jī)械能是否守恒： 經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)演繹，發(fā)現(xiàn)在粗糙斜面上勻加速下滑物體的機(jī)械能不守恒。 2．尋找機(jī)械能守恒的條件 通過(guò)對(duì)上述幾種運(yùn)動(dòng)的研究，我們發(fā)現(xiàn)，有些運(yùn)動(dòng)機(jī)械能是守恒的，有些運(yùn)動(dòng)機(jī)械能是不守恒的，由此我們想到機(jī)械能守恒可能是要滿足一定的條件的。下面我們就來(lái)看看這些機(jī)械能守恒的運(yùn)動(dòng)中，有什么共同的特征，而這些特征又恰恰是那些機(jī)械能不守恒的運(yùn)動(dòng)中不具備的。 在上一節(jié)課的學(xué)習(xí)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(xì)分析一下在這幾種運(yùn)動(dòng)中，物體所受力做功的情況，看看會(huì)不會(huì)有什么發(fā)現(xiàn)。 運(yùn)動(dòng)類型 受力情況 做功的力 自由落體運(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng) 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(jī)械能守恒的幾種運(yùn)動(dòng)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(jī)械能不守恒的運(yùn)動(dòng)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(jī)械能守恒的條件可能是只有重力做功。 如果時(shí)間允許，我們可以對(duì)更多的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仔細(xì)的分析?？茖W(xué)家們對(duì)大量的運(yùn)動(dòng)做了仔細(xì)的研究，他們得出的結(jié)論和我們是一樣的。 結(jié)論：機(jī)械能守恒定律 （三）機(jī)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(jìn)站時(shí)要上坡、出站時(shí)要下坡。 2．完成教材P63示例中的問(wèn)題。 （四）作業(yè)布置（略）