第八章《机械能守恒定律》学情分析+内容与价值分析（word版教案）
文档属性
| 名称 | 第八章《机械能守恒定律》学情分析+内容与价值分析（word版教案） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 23.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-06-10 13:14:41 | ||
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文档简介
第八章《机械能守恒定律》学情分析
通过初中物理课程的学习，学生已经了解“功”、“动能”、“势能”、“机械能”等物理概念，具备“具有能量的物体可以对外做功”，“物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大”等感性认识。通过高中物理课程的学习，学生已经掌握矢量的等效分解方法，匀变速直线运动规律，牛顿运动定律等规律，并具备了一定的科学思维和科学探究能力，这些知识和能力为学生深入理解功和能及其关系、机械能守恒定律提供了基础和保障。
一、认知基础
1.丰富的“前概念”
“功”和“能”是两个在生活、生产中经常出现的概念，例如“事倍功半”、“劳而无功”、“能源危机”、“节约能源”等概念和词语在生活中经常被用到，这些来源于生活的“前概念”一方面使学生对本章的学习产生亲近感，而另一方面，一些含义不同的生活用语却会干扰学生对科学概念的正确理解。比如：学生普遍认为当某人提着重物沿水平地面前行时，因为用力、且感觉到疲劳，所以人应该是对重物做了功的；再比如：生活中经常提到“节约能源”，使得学生普遍认为做功的过程是消耗能量的过程。本章的教学设计要充分考虑学生的“前概念”。
2.坚实的知识和能力基础
经历初中物理课程的学习，学生已经了解了功的概念，并掌握了当力和位移的方向相同情况下功的计算方法，力和位移的方向垂直情况下力不做功。通过《物理必修第一册》第三章《相互作用》的学习，学生又掌握了矢量的分解法则，理解了等效替代思想，这些知识和方法为研究在日常生活生产中常见的力与运动方向成一定夹角时功的计算方法提供了基础，学生通过自主探究便可推导出力对物体做功的一般计算式，并在推导过程中实现科学推理能力的提升。
在学习瞬时速度时，学生体会了研究物理问题的“极限”方法，在学习向心加速度时，运用“极限”方法分析问题的能力得到提升，这为学生理解瞬时功率提供了思维方法的保障。
在计算匀变速直线运动的位移时，学生体验了“微元法”思想，这为学生理解重物沿竖直面内的曲线运动时重力做功的计算方法提供了保障，同时也为理解机械能守恒定律提供了支持。
3.丰富的感性认识基础
初中物理学习已经使学生对动能，重力势能，弹性势能，机械能等物理概念具有了丰富的感性认识，能够列举出多种能量发生转化以及机械能守恒的物理现象，了解“功是能量转化的量度”，这些学习体验为学生分析解释各种有关功的数学关系式中蕴含的物理意义，进而发现具体形式能量的数学表达式提供了基础和保障。
学生们在生活中使用机械的生活体验，例如：汽车上坡时增加发动机功率增加牵引力，或在发动机达到额定功率情况下通过减小速度来增大牵引力等，为学生理解提供了感性认知基础。
4.具备基本的实验技能
学生在学习《物理必修第一册》的课程时，已经掌握打点计时器的工作原理和使用方法，能够根据纸带上的点迹分析出物体运动位移、瞬时速度、加速度等信息，一些学生还具备使用气垫导轨和数字计时器记录滑块运动、获得运动数据的能力，一些学校还可以为学生提供利用传感器进行实验探究的平台，这些实验仪器和学生的实验技能为学生设计实验验证机械能守恒定律提供了设备和技能的保障。
二、认知规律和特点
高中生的思维活跃，发散性强；善于对所学内容进行迁移，对规律进行推广；抽象思维能力和数学计算能力显著增强；但从数学关系式中抽象出物理意义的能力和思维严谨性还有待提高。
1.思维活跃，具有知识迁移能力
活跃的思维使得学生在学习功的计算时，容易理解将力进行等效分解，或者将位移进行等效分解，之后再求功的计算方法，但是当发现力做的功有正负之分时，同学们容易认为功是矢量，所以有正负之分，这是学生们在学习直线运动中用正负号描述运动方向的认知在此发生的负迁移。
虽然动能定理只是在直线运动中演绎推理得出，但学生善于将其迁移到曲线运动中，实现认知的正迁移。在学习机械能守恒定律时，学生容易忽视机械能守恒定律的成立条件，误认为机械能守恒和能量守恒一样都是普适规律，这是学生思维活跃，但缺乏严谨性的表现。
2.不能全面认识正负号在物理学中的意义
基于数学知识学生能够理解正负号可以表示物理量的大小与零的关系，例如：重力势能与的区别。
基于《物理必修第一册》中描述直线运动的知识，学生能够理解用正负号来表示矢量的方向，例如：速度与的区别。
学生在初中阶段曾经学习过功的概念，但是只研究过力与运动方向相同时力对物体做正功的情况，未曾接触过力对物体做负功的情况，立刻理解力对物体做负功时，负号蕴含的物理意义有些难度。
一个状态量的变化量等于末状态量减去初状态量。例如，物体的动能，当这物体的动能减小时，其动能的变化量为负值，学生对变化量中出现的负号的理解也是一个难点。
第八章《机械能守恒定律》内容与价值分析
一、课标要求
2.1.1 理解功和功率。了解生产生活中常见机械的功率大小及其意义。
例1 分析物体移动的方向与所受力的方向不在一条直线上时，该力所做的功。
例2 分析汽车发动机的功率一定时，牵引力与速度的关系。
2.1.2 理解动能和动能定理。能用动能定理解释生产生活中的现象。
例3 根据牛顿第二定律推导出动能定理。
2.1.3 理解重力势能，知道重力势能的变化与重力做功的关系。定性了解弹性势能。
2.1.4 通过实验，验证机械能守恒定律。理解机械能守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。能用机械能守恒定律分析生产生活中的有关问题。
活动建议：
通过查阅资料、访问有关部门，收集汽车刹车距离与车速关系的数据，用动能定理进行解释。
二、学习内容与价值分析
本章的学习是运用“功是能量转化的量度”的思路深入展开的，学习中应用矢量的数量积等数学知识，应用比值法定义物理量、演绎法推理物理规律等科学思维，先后经历理论分析和实验验证机械能守恒定律等科学探究过程，帮助学生理解“功和能及其关系”，激发探索自然规律的内在动力，提升分析问题、解决问题的能力，建立正确的能量观念。
1.本章的学习有利于学生初步建立起清晰的能量观念
本章之前的高中物理必修部分一直围绕着“运动和相互作用”进行学习，关注于用力的瞬时作用效果分析物理问题，解释物理现象，本章则通过关注力在空间上的积累来认识力的作用效果，进而理解“功和能”的概念，运用“功是能量转化的量度”来量化势能和动能，发现能量转化和守恒的规律，使学生分析物理问题的方法和途径得到拓展，为将来研究力在时间上的积累效果，理解“冲量和动量”的概念，发现动量定理以及动量守恒定律打下认知基础。
本章的学习是在“功是能量转化的量度”的认识思路指导下逐步展开的。
首先是在复习初中建立的“具有能量的物体可以对外做功”，“物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大”等概念的基础上，明确“功是能量转化的量度”，可以通过计算力做功的多少来量度能量转化的多少，帮助学生理解功的物理意义。
然后通过计算在具体的物理过程中重力、合力对物体所做的功，推导出重力、合力做功的数学表达式，运用“功是能量转化的量度”的思路概括、分析出重力势能、动能的数学表达式，得出动能定理等物理规律，并定性分析出弹簧弹力做功与弹性势能变化之间的关系，理解弹性势能。
最后经过理论分析在只有重力或弹力做功的物体系统内势能和动能的转化情况，认识重力或弹力做功的效果，发现机械能守恒定律及其成立条件，并通过实验验证机械能守恒定律，建立起能量转化和守恒思想，为学习能量守恒定律，探索能源问题打下认知基础，形成从能量视角正确描述和解释自然现象，解决实际问题，指导生活实践的物理观念。
2.本章的学习有利于提升学生的科学思维水平
在研究功的计算时，会体验矢量的分解法则、各力做功求和得出总功的运算法则，通过对运算法则的分析比较，可以深化学生对矢量和标量的理解，并提升逻辑推理能力。
在描述力对物体做功快慢时，通过类比瞬时速度，加速度等概念的建构过程，再次体会研究物理问题的极限方法和用比值定义物理量的科学方法，为将要学习的感应电动势、交变电流的瞬时值等物理概念打好认知基础。
运用“功是能量转化的量度”的思路分析重力做功的数学表达式，认识重力势能的量化方法，锻炼学生从数学关系式中挖掘物理意义的能力，为以后分析电场力做功特点，理解电势能、电势等概念打好认知基础。
应用牛顿第二定律以及匀变速直线运动中速度与位移公式演绎推理得出动能定理，并推广到曲线运动中的过程，提高学生的科学推理能力。
3.本章的学习有利于提升学生物理与数学的跨学科素养
应用数学知识解决物理问题是高中学生必备的基本能力。在研究力的方向与物体运动方向成一定夹角的情况下力做功的问题时，结合高中数学《平面向量的数量积》的相关知识，可以帮助学生理解虽然力与位移都是矢量，但它们的数量积却是标量。结合相关的高中数学知识可以促进学生对物理量间运算法则的理解，提升学生跨学科分析问题的能力。
4.本章的学习有利于提升学生的科学探究能力
实践是检验真理的唯一标准，经得起实验检验的理论才可能是正确的理论。本章的最后一节安排为实验“验证机械能守恒定律”，虽然是验证性实验，但该实验既强化了实验在科学研究中的不可替代性，又为学生提供了一次从设计实验方案到反思实验结果的完整的实验研究过程，此过程有利于学生科学探究能力的提升。
5.本章的学习为学生的持续发展奠定基础
结合生产生活的实践，了解常见机械的功率，用功率概念解释机械工作时的各种现象，在实现学以致用的同时，激发了学生学习物理知识、研究物理问题的兴趣。
机械能守恒定律是力学中的一条重要定律，是普遍的能量守恒定律在力学范围内的表现，能量守恒定律揭示了自然界最基本的规律，为人类认识自然现象提供了思想方法，本章的学习为学生后续学习能量守恒定律，热力学定律，认识能源问题，可持续发展问题做了知识和能力的准备。
实验验证机械能守恒定律的过程，可以帮助学生形成尊重实验事实，实事求是的科学态度，形成主动参与合作，发挥团队精神的意识，有利于提升学生的科学态度与责任素养。
通过初中物理课程的学习，学生已经了解“功”、“动能”、“势能”、“机械能”等物理概念，具备“具有能量的物体可以对外做功”，“物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大”等感性认识。通过高中物理课程的学习，学生已经掌握矢量的等效分解方法，匀变速直线运动规律，牛顿运动定律等规律，并具备了一定的科学思维和科学探究能力，这些知识和能力为学生深入理解功和能及其关系、机械能守恒定律提供了基础和保障。
一、认知基础
1.丰富的“前概念”
“功”和“能”是两个在生活、生产中经常出现的概念，例如“事倍功半”、“劳而无功”、“能源危机”、“节约能源”等概念和词语在生活中经常被用到，这些来源于生活的“前概念”一方面使学生对本章的学习产生亲近感，而另一方面，一些含义不同的生活用语却会干扰学生对科学概念的正确理解。比如：学生普遍认为当某人提着重物沿水平地面前行时，因为用力、且感觉到疲劳，所以人应该是对重物做了功的；再比如：生活中经常提到“节约能源”，使得学生普遍认为做功的过程是消耗能量的过程。本章的教学设计要充分考虑学生的“前概念”。
2.坚实的知识和能力基础
经历初中物理课程的学习，学生已经了解了功的概念，并掌握了当力和位移的方向相同情况下功的计算方法，力和位移的方向垂直情况下力不做功。通过《物理必修第一册》第三章《相互作用》的学习，学生又掌握了矢量的分解法则，理解了等效替代思想，这些知识和方法为研究在日常生活生产中常见的力与运动方向成一定夹角时功的计算方法提供了基础，学生通过自主探究便可推导出力对物体做功的一般计算式，并在推导过程中实现科学推理能力的提升。
在学习瞬时速度时，学生体会了研究物理问题的“极限”方法，在学习向心加速度时，运用“极限”方法分析问题的能力得到提升，这为学生理解瞬时功率提供了思维方法的保障。
在计算匀变速直线运动的位移时，学生体验了“微元法”思想，这为学生理解重物沿竖直面内的曲线运动时重力做功的计算方法提供了保障，同时也为理解机械能守恒定律提供了支持。
3.丰富的感性认识基础
初中物理学习已经使学生对动能，重力势能，弹性势能，机械能等物理概念具有了丰富的感性认识，能够列举出多种能量发生转化以及机械能守恒的物理现象，了解“功是能量转化的量度”，这些学习体验为学生分析解释各种有关功的数学关系式中蕴含的物理意义，进而发现具体形式能量的数学表达式提供了基础和保障。
学生们在生活中使用机械的生活体验，例如：汽车上坡时增加发动机功率增加牵引力，或在发动机达到额定功率情况下通过减小速度来增大牵引力等，为学生理解提供了感性认知基础。
4.具备基本的实验技能
学生在学习《物理必修第一册》的课程时，已经掌握打点计时器的工作原理和使用方法，能够根据纸带上的点迹分析出物体运动位移、瞬时速度、加速度等信息，一些学生还具备使用气垫导轨和数字计时器记录滑块运动、获得运动数据的能力，一些学校还可以为学生提供利用传感器进行实验探究的平台，这些实验仪器和学生的实验技能为学生设计实验验证机械能守恒定律提供了设备和技能的保障。
二、认知规律和特点
高中生的思维活跃，发散性强；善于对所学内容进行迁移，对规律进行推广；抽象思维能力和数学计算能力显著增强；但从数学关系式中抽象出物理意义的能力和思维严谨性还有待提高。
1.思维活跃，具有知识迁移能力
活跃的思维使得学生在学习功的计算时，容易理解将力进行等效分解，或者将位移进行等效分解，之后再求功的计算方法，但是当发现力做的功有正负之分时，同学们容易认为功是矢量，所以有正负之分，这是学生们在学习直线运动中用正负号描述运动方向的认知在此发生的负迁移。
虽然动能定理只是在直线运动中演绎推理得出，但学生善于将其迁移到曲线运动中，实现认知的正迁移。在学习机械能守恒定律时，学生容易忽视机械能守恒定律的成立条件，误认为机械能守恒和能量守恒一样都是普适规律，这是学生思维活跃，但缺乏严谨性的表现。
2.不能全面认识正负号在物理学中的意义
基于数学知识学生能够理解正负号可以表示物理量的大小与零的关系，例如：重力势能与的区别。
基于《物理必修第一册》中描述直线运动的知识，学生能够理解用正负号来表示矢量的方向，例如：速度与的区别。
学生在初中阶段曾经学习过功的概念，但是只研究过力与运动方向相同时力对物体做正功的情况，未曾接触过力对物体做负功的情况，立刻理解力对物体做负功时，负号蕴含的物理意义有些难度。
一个状态量的变化量等于末状态量减去初状态量。例如，物体的动能，当这物体的动能减小时，其动能的变化量为负值，学生对变化量中出现的负号的理解也是一个难点。
第八章《机械能守恒定律》内容与价值分析
一、课标要求
2.1.1 理解功和功率。了解生产生活中常见机械的功率大小及其意义。
例1 分析物体移动的方向与所受力的方向不在一条直线上时，该力所做的功。
例2 分析汽车发动机的功率一定时，牵引力与速度的关系。
2.1.2 理解动能和动能定理。能用动能定理解释生产生活中的现象。
例3 根据牛顿第二定律推导出动能定理。
2.1.3 理解重力势能，知道重力势能的变化与重力做功的关系。定性了解弹性势能。
2.1.4 通过实验，验证机械能守恒定律。理解机械能守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。能用机械能守恒定律分析生产生活中的有关问题。
活动建议：
通过查阅资料、访问有关部门，收集汽车刹车距离与车速关系的数据，用动能定理进行解释。
二、学习内容与价值分析
本章的学习是运用“功是能量转化的量度”的思路深入展开的，学习中应用矢量的数量积等数学知识，应用比值法定义物理量、演绎法推理物理规律等科学思维，先后经历理论分析和实验验证机械能守恒定律等科学探究过程，帮助学生理解“功和能及其关系”，激发探索自然规律的内在动力，提升分析问题、解决问题的能力，建立正确的能量观念。
1.本章的学习有利于学生初步建立起清晰的能量观念
本章之前的高中物理必修部分一直围绕着“运动和相互作用”进行学习，关注于用力的瞬时作用效果分析物理问题，解释物理现象，本章则通过关注力在空间上的积累来认识力的作用效果，进而理解“功和能”的概念，运用“功是能量转化的量度”来量化势能和动能，发现能量转化和守恒的规律，使学生分析物理问题的方法和途径得到拓展，为将来研究力在时间上的积累效果，理解“冲量和动量”的概念，发现动量定理以及动量守恒定律打下认知基础。
本章的学习是在“功是能量转化的量度”的认识思路指导下逐步展开的。
首先是在复习初中建立的“具有能量的物体可以对外做功”，“物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大”等概念的基础上，明确“功是能量转化的量度”，可以通过计算力做功的多少来量度能量转化的多少，帮助学生理解功的物理意义。
然后通过计算在具体的物理过程中重力、合力对物体所做的功，推导出重力、合力做功的数学表达式，运用“功是能量转化的量度”的思路概括、分析出重力势能、动能的数学表达式，得出动能定理等物理规律，并定性分析出弹簧弹力做功与弹性势能变化之间的关系，理解弹性势能。
最后经过理论分析在只有重力或弹力做功的物体系统内势能和动能的转化情况，认识重力或弹力做功的效果，发现机械能守恒定律及其成立条件，并通过实验验证机械能守恒定律，建立起能量转化和守恒思想，为学习能量守恒定律，探索能源问题打下认知基础，形成从能量视角正确描述和解释自然现象，解决实际问题，指导生活实践的物理观念。
2.本章的学习有利于提升学生的科学思维水平
在研究功的计算时，会体验矢量的分解法则、各力做功求和得出总功的运算法则，通过对运算法则的分析比较，可以深化学生对矢量和标量的理解，并提升逻辑推理能力。
在描述力对物体做功快慢时，通过类比瞬时速度，加速度等概念的建构过程，再次体会研究物理问题的极限方法和用比值定义物理量的科学方法，为将要学习的感应电动势、交变电流的瞬时值等物理概念打好认知基础。
运用“功是能量转化的量度”的思路分析重力做功的数学表达式，认识重力势能的量化方法，锻炼学生从数学关系式中挖掘物理意义的能力，为以后分析电场力做功特点，理解电势能、电势等概念打好认知基础。
应用牛顿第二定律以及匀变速直线运动中速度与位移公式演绎推理得出动能定理，并推广到曲线运动中的过程，提高学生的科学推理能力。
3.本章的学习有利于提升学生物理与数学的跨学科素养
应用数学知识解决物理问题是高中学生必备的基本能力。在研究力的方向与物体运动方向成一定夹角的情况下力做功的问题时，结合高中数学《平面向量的数量积》的相关知识，可以帮助学生理解虽然力与位移都是矢量，但它们的数量积却是标量。结合相关的高中数学知识可以促进学生对物理量间运算法则的理解，提升学生跨学科分析问题的能力。
4.本章的学习有利于提升学生的科学探究能力
实践是检验真理的唯一标准，经得起实验检验的理论才可能是正确的理论。本章的最后一节安排为实验“验证机械能守恒定律”，虽然是验证性实验，但该实验既强化了实验在科学研究中的不可替代性，又为学生提供了一次从设计实验方案到反思实验结果的完整的实验研究过程，此过程有利于学生科学探究能力的提升。
5.本章的学习为学生的持续发展奠定基础
结合生产生活的实践，了解常见机械的功率，用功率概念解释机械工作时的各种现象，在实现学以致用的同时，激发了学生学习物理知识、研究物理问题的兴趣。
机械能守恒定律是力学中的一条重要定律，是普遍的能量守恒定律在力学范围内的表现，能量守恒定律揭示了自然界最基本的规律，为人类认识自然现象提供了思想方法，本章的学习为学生后续学习能量守恒定律，热力学定律，认识能源问题，可持续发展问题做了知识和能力的准备。
实验验证机械能守恒定律的过程，可以帮助学生形成尊重实验事实，实事求是的科学态度，形成主动参与合作，发挥团队精神的意识，有利于提升学生的科学态度与责任素养。