《机械能守恒定律》教学设计高品质版 - 图文

《机械能守恒定律》教学设计

玉环中学 徐立海

【设计思想】

本设计力图通过生活实例和物理实验,展示相关情景，激发学生的求知欲，引出对机械能守恒定律的探究,体现“从生活走向物理”的理念，重视对物理结论形成过程进行优化设计，注重引导学生体验规律的探究过程。通过建立物理模型,由浅入深进行探究,让学生领会科学的研究方法,并通过规律应用巩固知识, 初步掌握运用能量转化和守恒来解释物理现象及分析问题的方法，体会科学探究中的守恒思想，体会物理规律对生活实践的作用，领悟机械能守恒规律解决问题的优点，形成科学价值观。 【教材分析】

本节内容与全章有紧密的逻辑关系，是全章知识链中重要的一环。新课标要求“理解机械能守恒定律。用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。”机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律的一种特殊情况，本节中对定律的探究建立在此前所学知识的基础上，教材通过小实验“做一做”展示了与探究守恒量的联系，通过多个具体实例，先猜想动能和势能的相互转化的关系，引出对机械能守恒定律及守恒条件的探究，联系重力势能和重力做功及弹性势能与弹力做功的关系的学习，由定性分析到定量计算，逐步深入，最后得出结论，并通过应用使学生领会定律在解决实际问题时的优越性。在教学设计时，要根据教材内在的逻辑关系和学生认知的发展规律来设计教学活动的基本流程，力求达到最优化的组合。 【学情分析】

学生在初中阶段已初步了解机械能及能量守恒的内容。在本节前已经历了探究守恒量、重力势能的概念和弹性势能的表达式的学习。知道机械能的概念，了解力做功过程也是能量从一种形式转化为另一种形式的过程，这些知识是本节内容学习的基础。能正确分析物体系统内所具有的机械能，判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒及用定律解决实际问题是学生学习中的难点，要通过辨析和应用增进理解和巩固。 【教学目标】 一、知识与技能

⑴理解物体的动能和势能可以相互转化，知道什么是机械能； ⑵理解机械能守恒定律的内容和适用条件；

⑶会判定具体问题中机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律分析实际问题 二、过程与方法

⑴学习从物理现象分析、推导机械能守恒定律及适用条件的研究方法。

⑵让学生经历运用光电门传感器实验来验证机械能守恒的过程，并体会研究的方法。 ⑶初步掌握运用能量转化和守恒来解释物理现象及分析问题的方法。 三、情感、态度与价值观

体会科学探究中的守恒思想，养成探究自然规律的科学态度，领悟机械能守恒规律

解决问题的优点，形成科学价值观。 【教学重点】

⑴机械能守恒定律的推导与建立，以及机械能守恒定律含义的理解； ⑵机械能守恒定律的条件和机械能守恒定律的实际应用。 【教学难点】

⑴机械能守恒的条件及对机械能守恒定律的理解。

⑵能正确分析物体系统内所具有的机械能，判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。

【教学模式】

“引导探究”教学是指学生围绕某一问题，利用教师提供的资料，在教师的引导和点拔下，积极思维，参与亲自探究、自主学习的过程。引导探究 ，又称为半开放式探究，主要分为三个阶段：第一阶段由教师根据教学内容创设情境，以问题引起学生的求知欲，第二阶段是学生根据问题提出猜想和假设，并通过师生间共同研讨，或是学生展开协作学习来拟定思路、设计方案、理论推演或实验验证，第三阶段是在探究基础上得出结论，教师布置巩固练习和变式训练，学生迁移应用结论；或是通过探究发现新的问题。

“引导探究”教学，重在探究，贵在引导。教师在整个教学过程中是组织者和引导者，课堂上教师的主要任务是“导思、导议和导练”。“引导探究”教学首先要创设问题情境、架设探究桥梁，对知识信息进行组织，给学生指明探究的方法和途径。然后，针对不同难度的问题，针对不同层次的学生进行引导、点拔。既要把握好分寸，又要适时适量。针对以上问题，可采取“扶”、“引”、“放”三个层次的教学策略。“引导探究”教学强调学生知识技能的掌握、能力的形成和态度的培养在探究过程中的统一。

本课的设计就采用“引导探究”教学模式，拟引导学生经历以下探究过程：

创设情境→提出问题→拟定思路→理论推演→评析成果→实验验证→总结规律→应用规律

【教学器材】

重锤、细线、小钢球、网兜、砝码、泡沫球、钉子、铁架台、光电门传感器及数据采集器、弹簧振子、气垫导轨等。

【教学过程】

一、动能与势能相互转化

在课间播放音乐视频“飞越彩虹”，让学生欣赏瀑布的优美，感受到能量的流转。 在课前播放视频“阿尔卑斯山大雪崩”，让学生强烈地感受大自然能量的可怕。

存在两种形式的能量：动能和重力势能，巨大的动能是由势能转化而来的。

高度与速度：

（1）为了获得更大的速度，就需要减小高度； （2）为了获得更大的高度，就需要减小速度。

（3）既要获得更大的高度，又要获得更大的速度，不能实现。（鱼和熊掌不可皆得） 师：这是为什么呢？请同学们从能量的角度进行分析。

答：下降时，重力做正功，重力势能减少，减少的重力势能转化成了动能； 上升时，重力做负功，动能减少，减少的动能转化成了重力势能。 结论：通过重力做功，动能和重力势能可以相互转化。 再例举蹦床运动、荡秋千说明动能和重力势能的相互转化。

师：之前，我们还学过另外一种势能－弹性势能，那么弹性势能与动能是否也能发生相互转化呢？

答：如图所示，拉弓射箭、撑杆跳高。实验演示弹簧振子的阻尼振动。 结论：通过弹力做功，弹性势能与动能可以相互转化。

师：我们可以看到，重力势能、弹性势能与动能之间具有密切的联系，所以物理把它们统称为机械能。通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化成另一种形式。

二、探究机械能守恒定律 1．创设情境

实验1：（激疑）重锤用细绳悬起，请一同学靠近，将钢球偏至同学鼻子处释放，摆回时，

看同学反应。（同学有意识地避开）

师：释放重锤，摆回时会碰到鼻子吗？怎么知道？（学生联系到伽利略理想实验中的判断，

认识到若无空气阻力，应该摆到等高处，不会碰到鼻子）。 （分析后引出提出问题），摆动过程中两边最高点位置确实等高吗？

实验2：将小球悬线一端用挂钩系住贴在铁质黑板上，让小球摆动，通过实验发现，小球可以摆到跟释放点等高处，再用一钉子，放于某点挡住细线，再观察，发现仍能摆到等高处。

师：请同学讨论，上述实验现象说明了什么？

□由实验证实，小球在左右两个极端位置时的机械能相等。

□根据如图所示的频闪照片，定性分析得出：小球向下摆时，势能减小，动能增加；小球向上摆时，势能增加，动能减小。然后提出问题：小球向下摆时，动能的增加量是否刚好等于势能的减小量？也就是说：小球摆动过程中，其机械能是否处处相等？

师：还记得理想斜面实验吗？一个小球从一个斜面滑下，总能冲到另一个斜面上的原来等高线位置。概括两个实验，小球在运动中总能“记得”自己原来的高度，总能回到自已原来的高度，这是否需要什么条件呢？ 生：没有空气阻力及摩擦阻力。

师：是否只要不存在空气阻力及摩擦阻力，就能确保小球能够回到原来高度呢？

生：不是的，如果我们用手或其它东西去阻挡一下摆动中的小球，小球同样不能到达最高度点。

师生共同分析得出，小球总能“记得”自己原来的高度，总能回到自已原来的高度的条件是：只有重力做功。（表述要明确）

师：如果小球的运动轨迹既不是圆弧也不是理想斜面，而是在一般的形状不规则的光滑曲面上运动，是否也能回到原来的高度呢？

生：应该是的。

2．提出问题

在只有重力做功的情况下，物体系统内的机械能是否保持守恒？ 3．拟定思路

回顾之前对于重力势能和动能的研究，是否有什么成果或研究的方法可值得借鉴的呢？

动能的变化

应用功能关系

4．理论推演

势能的变化

重力做功

合力做功

W合＝EK2-EK1 WG＝EP1-EP2 只有重力做功 W合＝WG 还有它力做功 W合＝WG Ek2?EP2?Ek1?EP1 E2＝E1

W它＝?Ek2?EP2?－?Ek1?EP1?

W它＝E2－E1

5．评析成果

（1）只有重力做功 E2＝E1 机械能保持守恒；

（2）还有它力做功 W它＝E2－E1 机械能的变化由它力做功多少来量度； （3）机械能守恒是有条件的，W它＝0。

理论结果要让人信服，需要在实验中能够得到检验。 6．实验验证

实验目的：测定A、B、C、D、E五个位置的机械能，并验证机械能是否相等。 本实验装置可以用铁夹固定在白板上边缘，预先画出若干条四条等间距水平线。

由于演示一中只能说明始末两个位置的机械能是相等的，并不能直观说明摆动过程中每一个位置的机械能都始终保持不变，即不能说明“守恒”这一特征，所以可以通过测定任何位置的机械能来直观直接地说明机械能是否不变。以B点为例，实验中需要测定的是该位置的高度（以最低点D为零势能处）和通过该点时的瞬时速度大小。速度可以用光电门和数据采

集器测量，光电门的一侧用双面胶贴好后，可直接粘在白板上相应位置。 几点说明：

①通过实验发现，要保证实验效果，光电门摆放时要注意正对圆心即悬点位置，光电门上的小孔要正好放在摆的重心所要经过的路径上，如图所示。

②摆锤改用砝码而不用小球，原因是使用小球时，很难保证小球重心经过光电门的小孔，即挡住光电门小孔的往往是某根弦而非直径，导致速度测量误差很大。而砝码的下半部分是圆柱体，可以保证每次经过光电门时直径是相同的，从而减少速度测量的误差。 ③砝码的直径事先测量好，本实验所用的100g的砝码，直径为0．0205m。 ④数据处理

设计如下表的表格： 动能EK 物体通过物体直径 速度v 高度h 势能EP 12光电门的机械能E=EK+EP（J） d（m） （m/s） mv（J） （m） mgh（J） 时间t（s） 2 21（位置A） 2（位置B） 3（位置C） 4（位置D） 5（位置E） ⑤重力加速度g取9．8m/s；把测量好的时间和高度直接输入Excel表格中，后面的数据自动生成，可以很直观地看到机械能的数值在实验误差允许范围内相等。

⑥调整装置，使摆锤与白板摩擦接触或换成泡沫球，再做实验，观察现象，分析结果。 7．总结规律

通过理论的推演和实验的验证，我们现在就可以得出一个新的物理规律： 机械能守恒定律：只有重力做功时，物体系统内的机械能守恒。 设问：势能包括重力势能和弹性势能，只有弹力做功时，机械能与守恒吗？

N 师：请同学讨论振动过程的能量转化和实验结论，前

F 面我们已经探究过了重力做功与弹性势能的关系， 类比重力做功，进行分析。

G 11生：WF=mv22-mv12 EP1-EP2=EK2-EK1

22结论：只有弹力做功时，系统机械能守恒 实验4：（验证）气垫导轨上的水平弹簧振子，观察振动过程。 实验5：演示竖直弹簧振子的振动，观察现象。

A C B 师生共同分析，得出结论（板书）：

在只有重力和弹力做功的物体系统内，动能和势能可以互相转化，而总的机械能保持不变 师：（定律的理解）“在只有重力和弹力做功的物体系统内”是机械能守恒的条件

“而总的机械能保持不变”是结论

“动能和势能可以互相转化”是系统内重力或弹力做功的结果。 板书：

8．应用规律

例1：分析下列情况下机械能是否守恒？

A．跳伞运动员从空中匀速下落过程 B．集装箱被起重机匀速吊起

C．物体作平抛运动过程

D．一小球以一定初速度沿光滑曲面减速上升过程 E. 物体在细线拉力作用下沿光滑斜面上滑过程

F. 小球自由下落时，碰到一个直立的弹簧后把弹簧压缩，然后小球又被弹起。

例2：如图已知，m、g、H、h、s。求：

（1）小球在B点时的动能； （2）小球在C点时的机械能；

（3）小球从A点运动到B点的过程中机械能的减少量。

进行理论计算之后，然后利用实验展示情境，采集实验数据，用实际数据来比较小球在A、B两点的机械能大小，说明这是由于小球要克服摩擦阻力做功，而造成的机械能损失。

对爸爸的印象，从记事的时候，就有了，他留给我的印象就是沉默少言的，但是脸上却始终有微笑，不管家里遇到了什么样的困难，只要有爸爸在，一切都能够雨过天晴的，小时候，家里很穷，可是作为孩子的我们（我和哥哥），却很幸福。爸爸从来不会因为缺钱，而让我们感觉得些许的拮据和紧张，哪怕的低三下气的问人借钱，爸爸都会按时给我们交了学费，从来都不会给我们兄妹俩拖欠学费。爸爸闲下来的时候，就会给我和哥哥讲他们生活的那个年代，很苦很累，还经历过自然灾害，穷的时候，连饭都吃不饱。在我的印象里，最深的一件事情就是过年的时候，不管这一年钱赚的多还是少，爸爸总会让妈妈带着我和哥哥去买新衣服，当然了，妈妈也必须买新的，唯有爸爸，他是家里面唯一一个可以穿旧衣服过新年的人，这就是我关于爸爸的儿时的印象，他爱家人，从来不肯委屈自己的妻子和孩子。成长岁月里的爸爸在我们渐渐成长的的岁月里，作为孩子，我们都有了自己的认知和想法，青春期的叛逆，我们也给爸爸惹了不少祸，但是，不管我们闯的祸有多大，最后都是爸爸出面，来摆平解决一切。在这个渐渐懂事的过程中，爸爸扮演着一位良师的角色，事情过后，爸爸也会趁机好好的教育我们，让我们懂得，我们做的是对的，值得鼓励的，还是不对的，今后需要去改正的。爸爸在社会上经历的多了，懂得的道理也比我们多很多。我们是在跌跌撞撞的认知中去探索这个社会，而爸爸就是这条探索道路的指明灯！在我们长大的青春光阴里，我们在爸爸身上看到了责任、懂得了承担的重要性！爸爸，在我们的生活中，必不可少，他让我们（大哥和我）拥有了正确的人生观和价值观，他教会了我们如何看待这个世界，如何去更好的创造自己想要的生活！渐渐上了年纪的爸爸：我只想用“渐渐上了年纪”来形容现在的爸爸，不想要用已经“老去”来形容爸爸。没错，岁月是真的很无情的，不知不觉间，爸爸的眼角多了些许的皱纹，额头的皱纹也不自觉的来向他报到了，爸爸再伟大，也终究抵不过岁月的蹉跎。两角鬓白的爸爸，让我们看着多了很多的心疼，一向雷厉风行、无所不能的爸爸，渐渐地，变得老了，特别是当我们都成家以后，爸爸也算是把他一生最重要的任务也都完成了，上了年纪的爸爸，更多的心思，留在了妈妈的身上，一路走来，是妈妈的陪伴和默默的奉献，才让爸爸能够在外工作的时候，毫无杂念！妈妈，就是爸爸最为坚强的后盾，而我们，是爸爸努力奋斗的最大动力，如今，爸爸渐渐地老了，作为儿女，我们无法让时光倒流，能做的就是多陪伴他们，让他们的晚年生活能够幸福！爸爸的一生，都在付出，为了家和家人而付出，如今的我们，都已经成家，更加体会到了为人父母的心酸苦楚，我们能做的就是常回家看看！让父母不感到孤独！ 我们都是母亲身上掉下来的一块肉，我们跟母亲之间的关系，血浓于水，彼此间的那种爱，是神圣而又不可侵犯的，是妈妈给了我们生命，也是妈妈无怨无悔的把我们抚养成人，在我们成长的过程中，不管是好还是不好，妈妈都一味的去包容，去引领着我们我和妈妈的温情小生活，母爱，总是那么的伟大！都说慈母多败儿，其实啊，母亲在我们的生活着，扮演着不可或缺的角色，没有母亲的无私奉献，又怎会有我们的今天呢？更多的时候，是我们忽略了母亲的重要性，甚至是把母亲对我们的关心和爱护变成了理所当然！其实啊，也是因为我们从出生的时候，就拥有了母亲的爱，也就变得不那么的珍惜了！我觉得，我们生活在这个世上，更要好好地对待我们的母亲，在我的记忆深处，母亲总是很慈祥的，她也有属于她自己的小忧愁，但是，却从来都不会让我们知道，不管生活中，遇到了什么困难或者坎坷，她总是自己一个人想办法面对和解决！以至于曾经的我一直觉得母亲是万能的，没有什么困难事情是母亲不能解决的！儿时记忆中，最深刻的一件事情就是那年的的大冬天，下了很厚很厚的雪，我跟哥哥上学的地方是需要骑着自行车去的，妈妈早早的叫醒了我和哥哥，并且告诉我们下大雪了，路上滑，要早点出发，路上慢一点走，当我们吃了早饭准备出发的时候，妈妈也跟着一起出发了。大冬天的，天黑黑的，母亲拿着手电筒，给我和哥哥照明，因为下了雪，有的路段不好走，我们就推着自行车，一路上有说有笑的，时不时的哥哥还会调皮一下，就这样，母亲拿着照明灯，一路护送我和哥哥到了学校，现在回想起来曾经的岁月，满满的回忆，满满的温暖！不知不觉间，我们就都长大了，哥哥也成家了，有自己的孩子，妈妈看着我们生活幸福，她也就是开心满足了，可是，岁月却是那么的无情，不知不觉间，妈妈的眼角就多了些许的皱纹，她在岁月的淘洗中，渐渐地老去了！她没有多么伟大的理想，唯一的希望，就是我们都能够生活的健康，平安，快乐，幸福！母亲，从来都不曾奢望我们能够有多么大的丰功伟绩，最大的心愿就是我们平安快乐，她的一生心血，都在我们这些孩子身上，而对于她自己，似乎总是少了很多的关心，作为儿女，长大后的忙碌，确实忽略了对母亲的爱，当我们真正的意识到母亲老去的时候，岁月一晃已经过去了几十年！母爱，虽然平凡，但是却很伟大，我跟妈妈的温情小生活，那些记忆中的点滴，一直萦绕在脑海中，让我感受到幸福，感受到温暖！爱你，亲爱的妈妈，愿你生活幸福，健康平安！其实也就是平凡的一年，和往常相比较，也没有太多的区别，唯一的不同就是自己就业了，不再是学生了，也不再是那个向父母伸手就要钱的小姑娘了！步入社会的自己，很开心，同时也很紧张，毕竟社会才是一个真正的大染缸，才能让一个人真正的成长和坚强！父母的爱，平凡中渗透着伟大，这一年，感恩父母！在初入社会的这一年里，是要感恩很多的朋友同事领导，但是，我最想要感恩的两个人，其实就是我的爸爸妈妈！也许，你会觉得很奇怪，步入社会，经历的很多人或事，不应该都是单位或者工作吗？怎么会是要感恩父母呢？没错，我最最想要感恩的就是我们爸爸和妈妈！为什么呢？且听我慢慢道来！每一年的母亲节和父亲节，都只有一天，我想先和大家分享一下父亲节发生的小故事，虽然很平凡，很普通，但是我的心确实五味杂陈暖暖的！这一年的自己，已经参加了工作，也有了自己的收入，虽然工资不是很高，但事多多少少还是有些结余的，父亲节到了，那天早上一醒来，我就给父亲微信上发了红包，金额不多，也就只有100元的红包，这一天，我一直在等待着父亲领红包！可是，等啊等啊等啊，眼看着24小时就要过去了，可是父亲还是没有领取红包，难道是忙碌着，一直没有看到吗？或者是信息太多，被挤下去了，于是，我就告诉了妈妈，让妈妈去提醒父亲，记得领取父亲节的红包。当我和妈妈说了以后，妈妈却告诉我说：你爸爸说了，他还能赚下钱，不差钱，他没有理由领取你的钱，你在外工作也不容易，留着让你自己花了，！听了妈妈的话，我的心，那一刻的感觉，真的时候无法形容的，于是，我就告诉妈妈，说也就只有100块，不多，我也不缺这100，多少一点心意，就领取了吧，我再三提醒让领取，可是，最后的结果是，红包退还了回来，这就是父亲，他不过是一个平凡的农民，对于孩子给予的，他却觉得孩子出门在外不容易，不愿意花孩子的钱！事情虽然很小，但是，却真的触动了我的心，也激发了我更要好好的工作，努力赚钱，以后给予父母更好的生活！记得还有一次是我小学的朋友要结婚了，因为处的不是很好，很一般，礼钱也就200元，当天我也没回去，于是，就让妈妈去上礼了！不过，我前一天就给妈妈发了红包，可是妈妈愣是没有领取，非说是要给就等你回来了的吧，其实啊，我知道，妈妈的意思就是要让我常回家看看！爸爸和妈妈都在用他们的觉得对的方式，爱着自己的孩子，在他们的眼中，孩子永远是长不大的。平凡的小事情，渗透着浓浓的爱意，或许，这个世界上还有很多很多向我父母一样的家长，他们不愿索取孩子们的金钱，只愿孩子们能够健借此机会，也借此平台，感恩亲爱的爸妈，希望爸爸妈妈身体健康，幸福快乐！爸爸妈妈，我爱你们！

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