7.1 追寻守恒量——能量 名师教案

《追寻守恒量》教案设计
一、 教材分析
本节教材选自人民教育出版社全日制普通高中课程标准实验教科书（物理2·必修）第七章《机械能守恒定律》第一节《追寻守恒量——能量》。
从教材的地位和作用方面来看，本节课主要是观念性教育的内容，目的是对学生进行方法和观念上的教育，使学生了解守恒思想的重要性。在物理学中，能量的概念是在人类追寻“守恒量是什么”的过程中发展起来的。所以本节从追求守恒量出发引入能量概念，为能量学习奠定了基础，并把这种物理思想渗透在能量学习的全过程，让学生从更高的、全新的角度来重新认识身边的物理规律。
从教材的内容方面来看，本节课的定位很重要，既不是讲能量守恒定律，也不是讲人们发现能量守恒定律的历史，主要是让学生感受和体会对于守恒量的认识和探究过程，从追寻守恒量的过程中体验能量转化与守恒，同时利用实验和生活中的例子使学生认识到能量转化与守恒的普遍性。因此，本节课的整体设计思路是认识守恒→分析伽利略理想斜面实验→能量守恒。本节课意在启迪学生，在学生心中埋下物理守恒思想的种子，注重知识的形成过程、研究方法，重视视学生的体验，所以课堂上我采用了“探究式与体验式”教学模式。
二、 学情分析
学生在初中学习过能量和能量守恒定律的有关知识，了解各种能量间可以相互转化以及机械能守恒的观点，这为本节课的教学奠定了一定的基础，在进行相关问题的探究时，对猜想有了定向。
能量的概念是伴随人类对能量守恒的认识同步发展起来的，但学生对能量还没有完整的知识网络，尤其对守恒思想的认识不深刻，通过本节课的教学帮助学生逐步的建立这种思想。
三、核心素养
通过《追寻守恒量》的探究学习过程，使学生领会寻找守恒量是科学研究的重要思想和方法，树立辩证唯物主义认识论；沿着科学发展的足迹，从追求守恒量出发引入了能量的概念，让学生从更高的、全新的角度来重新认识身边的物理规律。
四、教学目标
(1) 了解守恒思想的重要性，认识守恒关系是自然界中十分重要的关系；
(2) 理解动能、势能及能量的概念与意义；
(3)通过具体事例使学生对能量守恒有初步了解，并认识到能量守恒定律具有普遍性。
五、重点与难点
教学重点
观察伽利略理想斜面实验，从理论的角度去寻找出小球运动过程中的守恒量，并用实验进行验证。
教学难点
1.通过讨论生活中各种变化过程中的不变量，建立变中有恒的思想；
2.在伽利略理想斜面实验中体验和寻找守恒量，并由此引出能量的概念。
六、教学方法
讲授法、直观演示法、问题探究法、实验探究法。
七、教学过程
课前：登陆优教平台，发送预习任务。根据优教平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。
<一>、 创设情景、引入新课
【演示实验】
饮料倒满小杯子，把小杯子 中的饮料倒到大杯子中，大杯子 中的饮料不断地变多，小杯子中 的饮料不断地变少。在这个变的 过程中，饮料的总体积应该是不 变的。因此，小杯子中的饮料应 该是不能装满大杯子的。
实验现象：大杯子中饮料不仅装满小杯子，而且有的多。
揭示原因：由于大杯子中实际上倒扣了个小杯子，它的实际容量比小杯子来的更小，所以视觉上学生感觉到饮料变多了。
【设计意图】
1、通过一个魔术表演激发学生学习物理的兴趣；
2、学生并没有实验现象所欺骗，通过该实验，让学生能够意识到自己对变化过程中存在不变量这一规律已经有了一定的认识。
<二>、体验和分析生活中的各种守恒现象，感知守恒量的物理意义
【演示实验】碰撞球实验现象：
①拉起一个球，静止释放，我们看到被碰撞出去一个球，
②拉起两个球，被碰撞出去两个球，
③拉起三个球，被碰撞出去三个球。
体验：小球好像有了“记性”样的，记得碰过来的几个小球，弹出去也是几个。这个实验现象的背后，应该也是存在着某种不变的量。
【设计意图】
体验碰撞过程中存在某个量是不变的
【PPT展示】讨论化学反应中的守恒现象
活动：①请学生分析化学反应方程式的错误之处，并改正：对化学方程式进行配平。②讨论：对化学方程式进行配平的依据是什么？
剖析：化学反应中存在着质量守恒，在方程式里面体现为反应前后原子的种类和个数保持不变。
【设计意图】
体验化学反应中的守恒量。
【图片展示】讨论水枪中的守恒现象
消防员在灭火的时候用到了水枪，请学生描述水枪形状的特点，并从守恒的角度分析这种形状的水枪可以把水喷的远一些的原因。
剖析：水枪中水流量的守恒
【设计意图】
体验水枪中水流量的守恒
诺贝尔物理学奖获得者劳厄：“物理学的任务是发现普遍的自然规律。因为这样的规律的最简单的形式之一表现为某种物理量的不变，所以对于守恒量的寻求是合理的，而且也是极为重要的研究方向。”
总结：生活中守恒普遍存在，守恒在物理学中，是非常重要的物理规律之一。
<三>、追寻伽利略理想斜面实验中的守恒量
【演示实验】伽利略理想斜面实验
实验现象：
①小球从第一个斜面滚下来，又滚上了第二个斜面，如果摩擦阻力可以忽略不计，小球将恰好滚到了原来的高度。
②调节第二个斜面的倾角，同样让小球静止滚下，小球还是会滚到原来的高度。
体验：小球在运动的过程中存在某种守恒量。
【设计意图】
通过伽利略理想斜面实验，让学生感知小球运动过程中存在某一守恒量，并引导从理论学生去找寻出这一守恒量，再进行实验验证。
【理论探究】从理论角度追寻小球运动过程中的守恒量
活动1：请学生讨论和分析小球运动过程中哪些量是发生变化的，并引导学生追寻变化过程中的不变量；
活动2：师生共同探讨追寻守恒量的方法，并建立物理模型；
活动3：请学生自己推导演算，建立各物理量之间的关系，并从结论中找寻守恒量。
推导过程：
即2gh+v2就是小球运动过程中的守恒量。
活动4：根据2gh+v2守恒，请学生分析小球能够回到等高位置的原因。
【实验验证】从实验角度去验证小球运动过程中的守恒量
实验步骤：
①用毫米刻度尺来测量高度；
②用光电门计时器测量小球的速度；
③数据处理，得到结论。
结论：在误差允许的范围内，2gh+v2的值保持不变。
对守恒量2gh+v2进行分析，引出机械能的概念，并讲授势能和动能的概念：
重力势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量。
动能：物体由于运动而具有的能量，叫做动能。
【设计意图】
根据守恒量，引出机械能的概念，体会引入能量的概念是因为能量是一个守恒量。
<四>、能量守恒定律
【演示实验】
实验现象：实际斜面是粗糙的，小球越滚越低。
让学生分析并讨论机械能是否还守恒，进而讨论能量是否守恒。
【设计意图】
若斜面粗糙，虽然机械能不守恒，但是学生坚信这里总能量是守恒的。实际上，这里小球一部分的机械能转化为内能了。
【演示实验】怪坡实验
实验现象：小球沿着轨道往上滚动。
学生分析：小球重力势能增加，动能增加，总能量增加，违背了能量守恒定律。这时，学生会对自己分析的结果产生疑惑，仍然坚持能量守恒定律。
揭示实验：轨道两端宽度不一样，球在“往上滚”的过程中，实际球的重心是下降的，重力势能转化为动能，能量还是守恒的。
【设计意图】
学生坚信能量守恒定律是普遍适用的。培养学生透过现象看本质的辩证唯物主义的世界观和方法论。
【演示实验】
实验现象：将罐往外推出去，它滚到最远处停下来后又会滚回来。
揭示实验：罐里面有根橡皮筋，滚过去的时候，橡皮筋会卷起来，将一部分动能转化为弹性势能储存起来，当罐停下来后又将弹性势能转化为动能，因此罐又会滚回来。
总结：能量守恒定律是普遍适用的。
【设计意图】
根据能量守恒定律，学生能够透过现象去分析原因，找出事物的真相。
（PPT展示）诺贝尔物理学奖得者费恩曼：“有一个事实，如果你愿意，也可以说一条定律，支配着至今所知的一切自然现象…这条定律称做能量守恒定律。它指出某一个量，我们把它称为能量，在自然界经历的多种多样的变化中它不变化。那是一个最抽象的概念…”
【应用】
跳高运动员是以高度来计成绩的，可他们为什么要先提高自己的速度？
【设计意图】
将能量守恒定律应用于生活当中。
【课堂训练】
八、板书设计：
7.1追寻守恒量
一、伽利略理想斜面中的守恒量：2gh+v2
二、机械能
包含势能和动能
三、能量守恒定律
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