機械能守恒定律本章設(shè)計 在具備了運用牛頓運動定律和運動學(xué)知識來解決力學(xué)問題的基礎(chǔ)上,物理問題的研究開始由力的觀點向能的觀點發(fā)展和深化引入功和能(動能、勢能)等重要物理量和動能定理、機械能守恒定律等重要規(guī)律.在應(yīng)用時,不僅省略了對物理過程的分析和運算,而且從更高的角度駕馭物理情景,為我們解決力學(xué)問題開辟了新的途徑. 守恒關(guān)系是自然界中十分重要的關(guān)系,通過“追尋守恒量”的學(xué)習(xí),加強學(xué)生對守恒關(guān)系的認(rèn)識,并把這種思想滲透在能量學(xué)習(xí)的全過程.在教學(xué)中,通過“功和能”的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思路和研究方法,強化學(xué)生的邏輯思維能力.在探究彈性勢能的實驗中,啟迪學(xué)生通過自主探索,變未知為已知.鼓勵學(xué)生調(diào)查自己周圍常見的各種機械,了解其功率,探討功率的影響因素,加深對功率這一常見概念的認(rèn)識、理解. 本章的重點是正確理解功和能的概念和掌握功能關(guān)系.因此,逐步加深理解功和能的概念以及功能關(guān)系是學(xué)習(xí)本章的基本線索. 本章的難點是變力的功,以及動能定理和機械能守恒定律的正確應(yīng)用.在學(xué)習(xí)功的概念時,要注意區(qū)分物體的位移和力的方向上的位移.學(xué)習(xí)動能定理和機械能守恒定律時,要抓住功能關(guān)系這一主線,從中體會功與能的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移. 全章共10節(jié),建議用12課時.各節(jié)課時建議安排如下：1 追尋守恒量1課時2 功1課時3 功率2課時4 重力勢能1課時5 探究彈性勢能的表達(dá)式1課時6 實驗:探究功與速度變化的關(guān)系1課時7 動能和動能定理2課時8 機械能守恒定律1課時9 實驗:驗證機械能守恒定律1課時10 能量守恒定律與能源1課時1 追尋守恒量整體設(shè)計 功和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系不僅為解決力學(xué)問題開辟了一條新的重要途徑,同時它也是分析解決電磁學(xué)、熱學(xué)等領(lǐng)域中問題的重要依據(jù).但是學(xué)生在能量概念的建立上沒有概念基礎(chǔ),所以教材在第一節(jié)設(shè)立追尋守恒量,旨在讓學(xué)生對能量能夠有清晰的認(rèn)識.教材從著名物理學(xué)家的理論出發(fā),展示伽利略的斜面實驗,逐步引導(dǎo)能量的概念建立.繼而利用生活中的實例,給出勢能和動能的概念.教材具體說明了引入能量概念的必要性. 在實際教學(xué)中,逐步滲透物理學(xué)家研究待認(rèn)識問題的方法:設(shè)法找出所研究現(xiàn)象是否存在物理量守恒的情況,一旦發(fā)現(xiàn)某種物理量守恒,就首先用以整理過去的經(jīng)驗和知識并總結(jié)成定律,然后在新的現(xiàn)象或事例中對總結(jié)出的守恒定律進(jìn)行檢驗,如果定律得以證實就可以借助它解決問題,甚至作出新的預(yù)見,追尋和研究守恒量是物理學(xué)的一種重要研究方法. 守恒關(guān)系是自然界中十分重要的關(guān)系,通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),加強學(xué)生對守恒關(guān)系的認(rèn)識,并把這種物理思想滲透在能量學(xué)習(xí)的過程中.教學(xué)重點 理解動能、勢能的含義,體會能量轉(zhuǎn)化、守恒的普遍存在性.教學(xué)難點 培養(yǎng)創(chuàng)新能力,使學(xué)生在發(fā)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)化、守恒的普遍存在性后,能意識到存在的巨大使用前景.課時安排 1課時三維目標(biāo)知識與技能1.理解動能、勢能及能量的概念與意義.2.能獨立分析伽利略理想斜面實驗的能量轉(zhuǎn)換和守恒關(guān)系.3.能列舉不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化并守恒的實例.過程與方法1.體會伽利略分析問題的精妙,學(xué)習(xí)分析事物本質(zhì)的方法.2.在列舉事例過程中體會費恩曼所說話的深刻內(nèi)涵,體會轉(zhuǎn)化與守恒的普遍性.情感態(tài)度與價值觀1.通過動能、勢能間的相互轉(zhuǎn)化來研究生活中的物體的運動,培養(yǎng)熱愛生活的情趣.2.通過“追尋守恒量”,使學(xué)生了解守恒思想的重要性,初步樹立能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點,學(xué)會從物理現(xiàn)象中探求事物本質(zhì)的科學(xué)態(tài)度和研究方法.3.通過學(xué)習(xí),要善于把實際問題理想化.課前準(zhǔn)備 多媒體課件、學(xué)案、滾擺、單擺.教學(xué)過程導(dǎo)入新課實驗導(dǎo)入 如圖所示,一個用細(xì)線懸掛的小球從A點開始擺動.記住它向右能夠達(dá)到的最大高度.然后用一把直尺在P點擋住擺線,看一看這種情況下小球所能達(dá)到的高度. 這個實驗現(xiàn)象說明了什么?它是否說明在小球擺動的過程中某種“東西”是不變的?這種“東西”會是什么? 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),同學(xué)們就能理解這一實驗現(xiàn)象了.故事導(dǎo)入 新華社2000年12月31日和中央電視臺2001年元月6日先后報道：在20世紀(jì)的最后幾分鐘里，一項新的多米諾骨牌吉尼斯世界紀(jì)錄，在北京頤和園體育健康城綜合館和網(wǎng)球館誕生了.中國、日本和韓國的62名青年學(xué)生成功地推倒了340多萬張骨牌，一舉打破了此前由荷蘭人保持的297萬張的世界紀(jì)錄.從電視畫面可看出，骨牌瞬間依次倒下的場面蔚為壯觀，其間顯示的圖案豐富多彩，令人驚嘆.其中蘊含著一定的科學(xué)道理,這就是“多米諾骨牌效應(yīng)”.該效應(yīng)產(chǎn)生的能量是十分巨大的.這種效應(yīng)的物理道理是：骨牌豎著時，重心較高，倒下時重心下降，倒下過程中，將其重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，它倒在第二張牌上，這個動能的一部分就轉(zhuǎn)移到第二張牌上，第二張牌將第一張牌轉(zhuǎn)移來的動能和自己倒下過程中由本身具有的重力勢能轉(zhuǎn)化來的動能之和，再傳到第三張牌上所以每張牌倒下的時候，雖然有部分能量損失，但具有的動能都比前一塊牌大，因此它們的速度一個比一個快，也就是說，它們依次推倒的能量一個比一個大.你可以設(shè)想一下,如果牌的個數(shù)足夠多,那么最后一個牌的速度將是怎樣的大！場面又是何等的壯觀! 故事中應(yīng)用到了動能、勢能及其轉(zhuǎn)化.今天,我們就來學(xué)習(xí)追尋守恒量這節(jié)課,學(xué)習(xí)問題中展示的能量問題,探索其中的奧秘.問題導(dǎo)入 “挽弓當(dāng)挽強,用箭當(dāng)用長;射人先射馬,擒賊先擒王.”這是一首杜甫的詩.跳高運動員總是要充分地助跑才能取得好的成績.請同學(xué)們思考下面的問題:(1)為什么強弓就射得遠(yuǎn)?跳高運動員是以高度來計成績的,而他們?yōu)槭裁匆岣咦约旱乃俣饶?難道速度和高度之間有什么聯(lián)系嗎?(2)這體現(xiàn)了一種什么過程? 推進(jìn)新課一、伽利略斜面實驗 牛頓是經(jīng)典力學(xué)的奠基人,他提出了三個定律和萬有引力定律,但是他沒有研究過能量(至少沒有深入研究),所以當(dāng)時人類對自然的認(rèn)識還很有局限.但在伽利略的實驗中,已經(jīng)有了“能量”的影子. 能量概念的形成和發(fā)展,始終是和能量守恒定律的建立過程緊密相連的.能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)告訴我們,盡管物質(zhì)世界千變?nèi)f化,但這種變化不是沒有規(guī)律的,基本的規(guī)律就是守恒定律.這一節(jié)課我們從一個較高的角度去認(rèn)識這個問題. 教師指導(dǎo):讓一位學(xué)生朗讀教材開頭費恩曼的話,讓學(xué)生體會能量守恒定律的重要性.活動探究課件展示1:大屏幕投影展示伽利略理想實驗的flash模擬動畫.問題:1.當(dāng)小球沿斜面從高處由靜止?jié)L下時,小球的高度不斷減小,而速度不斷增大,說明了什么?2.當(dāng)小球從斜面底沿另一個斜面向上滾時,小球的位置不斷升高,而速度不斷減小,說明了什么問題?學(xué)生觀察交流、討論并總結(jié):明確：1.說明小球憑借其位置而具有的物理量不斷減少,而由于運動而具有的物理量不斷增大.2.說明小球憑借位置而具有的物理量不斷增加,而由于運動而具有的物理量逐漸減少.課件展示2：利用動畫模擬實驗,將斜面調(diào)整,引導(dǎo)學(xué)生觀察小球的運動情況.指導(dǎo)學(xué)生自己組織語言,描述看到的物理現(xiàn)象.學(xué)生通過閱讀并觀察、討論、總結(jié):讓小球沿一個斜面從靜止開始滾下,小球?qū)L上另一斜面,如果沒有摩擦,小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨?減小后一斜面的傾角,小球在這個斜面上仍達(dá)到同一高度,但這時他要滾得遠(yuǎn)些.若繼續(xù)減小后一斜面的傾角,小球達(dá)到同一高度,但滾得更遠(yuǎn)些.教師設(shè)疑：若將后一斜面放平,小球的運動情況將是怎樣?引導(dǎo)學(xué)生討論、交流,大膽猜想.參考結(jié)論：小球好像“記得”自己的起始高度,但又永遠(yuǎn)達(dá)不到原來的高度,所以將永遠(yuǎn)滾動下去.點評：教師通過動畫展示,讓學(xué)生感受到“有某一量是守恒的”.教師逐步引導(dǎo),讓學(xué)生體會“守恒量”的追尋過程,進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的探究意識和學(xué)習(xí)的欲望.二、物體的動能和勢能實驗演示：演示滾擺實驗和單擺實驗,進(jìn)一步強化,如果沒有摩擦和介質(zhì)阻力,物體好像“記得”自己初始的高度,即某一量是守恒的. 引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)以上示例,舉出生活中其他關(guān)于此種現(xiàn)象的事例. 公園里的秋千,游樂園里的海盜船,乒乓球自高處落到水泥地面上后的運動,在沒有摩擦和空氣阻力的情況下,都能達(dá)到一定的高度.這說明,將實際生活中的問題理想化后,確實存在著某一物理量是不變的. 通過學(xué)生列舉實例,讓學(xué)生體會生活中的普遍規(guī)律. 教師點評：在物理學(xué)中,我們把以上這一事實說成是“有某一量是守恒的”,并把這個量叫做能量或能. 通過閱讀體會,給出動能與勢能的概念,體會動能與勢能轉(zhuǎn)化并守恒的普遍存在. 教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識,伽利略的發(fā)現(xiàn)今天看來就是我們學(xué)習(xí)過的能量轉(zhuǎn)化與守恒的思想.其中與高度有關(guān)的量,我們稱為勢能;與速度有關(guān)的量我們稱為動能. 課件展示實例,指導(dǎo)學(xué)生分析物體動能和勢能之間的轉(zhuǎn)化情況.滾擺1.視頻展示:秋千與海盜船.2.視頻展示:滾擺與落下的乒乓球.學(xué)生詳細(xì)分析:討論總結(jié)并由代表發(fā)言.階段小結(jié):1.能量:“有某一量是守恒的”,這個量叫做能量或能.2.勢能:相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫做勢能.3.動能:物體由于運動而具有的能量叫做動能.視野拓展 2004年12月26日，國際標(biāo)準(zhǔn)時間00：58：50，一股壓抑許久的“怒氣”從印度洋深處狂躁地迸發(fā)而出，里氏9.0級(美國地震局測定)地震劈開周圍的海水,形成一道道相距百十公里的弧形水幕，以每小時800公里的起始速度排山倒海般向四周襲去巨浪呼嘯，以摧枯拉朽之勢，越過海岸線,越過田野，迅猛地襲擊著岸邊的城市和村莊，瞬時人們都消失在巨浪之中.港口所有設(shè)施、被震塌的建筑物，在狂濤的洗劫下，被席卷一空.事后，海灘上一片狼藉，到處是殘木破板和人畜尸體.地震海嘯給人類帶來的災(zāi)難是十分巨大的 試查閱有關(guān)資料，談一談此次海嘯中存在哪些能量.例 以豎直上拋的小球為例說明小球的勢能和動能的轉(zhuǎn)化情況.在這個例子中是否存在著能的總量保持不變?參考解析：豎直上拋運動的小球,首先由動能轉(zhuǎn)化為勢能,達(dá)到最高點時,動能為零,勢能達(dá)到最大;在下落時,勢能逐漸減小,動能逐漸增大,勢能又轉(zhuǎn)化為動能.在小球運動過程中,小球的機械能總量保持不變.點評：本實例探究可以應(yīng)用受力情況來作分析,亦可根據(jù)實際運動情況總結(jié),緊緊抓住高度影響勢能,速度影響動能這一關(guān)鍵進(jìn)行分析.課堂訓(xùn)練如圖所示,一根不可伸長的細(xì)繩拴著一個小球在豎直平面內(nèi)擺動,圖中a、b、c三點分別表示小球擺動過程中的三個不同位置,其中a、c等高.在小球擺動的整個過程中,動能最大時是在_點,在_點勢能最大;如果沒有空氣阻力的影響,小球在a點的動能_(填“大于”“等于”或“小于”)在c點的動能.解析：在小球來回擺動時,動能與勢能不停地相互轉(zhuǎn)化但總量不變.在a、c兩點時位置最高,勢能最大,速度為零,動能為零.在b點時位置最低,勢能最小,速度最大,動能最大.答案：b a、c 等于方法總結(jié)：在某一過程中,若僅涉及動能和勢能的轉(zhuǎn)化,若能判斷出其中一種能量正在減小或增大,則另一種能量一定正做相反變化,且一種能量為零時,另一種能量達(dá)到最大值.課堂小結(jié)1.物體由于位置高度而具有的能量叫做重力勢能.對于同一水平面而言,物體被舉得越高、質(zhì)量越大,物體具有的重力勢能就越大.2.物體由于運動而具有的能量叫做動能.動能是由物體的質(zhì)量和速度共同決定的,物體運動的速度越大、質(zhì)量越大,它的動能就越大.3.動能和勢能統(tǒng)稱為機械能.動能可以轉(zhuǎn)化為勢能,勢能也可以轉(zhuǎn)化為動能.在只有重力做功時,動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化過程中,總的機械能不變.布置作業(yè)1.通過各種途徑查找資料,了解人類對能量的研究過程.2.在其他自然學(xué)科中列舉出幾個能量轉(zhuǎn)化與守恒的實例;轉(zhuǎn)化與守恒的思想(不僅僅是能量)在生產(chǎn)生活中的實例.(例如水資源)板書設(shè)計1 追尋守恒量一、伽利略斜面實驗二、物體的動能和勢能1.勢能:相互作用的物體憑借其位置而具有的能量2.動能:物體由于運動而具有的能量三、追尋守恒量的意義活動與探究課題:能量的應(yīng)用.內(nèi)容:古代戰(zhàn)爭中常用滾木和檑石作為武器來阻止敵人的進(jìn)攻,你能利用所學(xué)的知識說明其中的科學(xué)道理嗎?這種戰(zhàn)術(shù)適用于哪種情況?怎樣才能使殺傷力更大?為什么?方法:利用動能與勢能的轉(zhuǎn)化思想.參考答案：滾木和檑石的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能,利用其動能來殺傷敵人;這種戰(zhàn)術(shù)適用于居高防守;提高其高度、增大其質(zhì)量才能有更大的殺傷力.習(xí)題詳解解答:做自由落體運動的物體在下落過程中,勢能不斷減小,動能不斷增加,在轉(zhuǎn)化的過程中,動能和勢能的總和不變.設(shè)計點評 學(xué)生是知識的主動建構(gòu)者,學(xué)生對所研究問題的熱情程度及在探究過程中所表現(xiàn)出來的精神狀態(tài)和情緒,直接影響教學(xué)的效果.本設(shè)計利用學(xué)生生活中常見的秋千、海盜船,由靜止下落的乒乓球引入新課,用伽利略理想斜面實驗,引發(fā)學(xué)生的思維能力,使學(xué)生產(chǎn)生求知的興趣與熱情.通過感悟斜面實驗的科學(xué)現(xiàn)象,重走追尋守恒量的科學(xué)之路,完成教學(xué)目標(biāo)的情感態(tài)度這一難度要求.繼而通過滾擺、單擺的視頻資源調(diào)動探求動能與勢能轉(zhuǎn)化的關(guān)系,體會能量的守恒思想.