《机械能守恒定律》教学设计
【课程分析】
本节内容是人教版高中物理必修2第七章第八节新授课，从前后联系来看，这节课的内容有利于学生对功能关系的进一步认识；在理论推导的过程中，有利于强化学生对动能定理的理解；从思维方式上分析，使学生初步建立守恒的思想。并且在探究、推理过程中，有利于培养学生的演绎推理能力、分析归纳能力和探索发现能力，领悟物理学研究方法和提高创造性思维能力。通过学习，学生不难掌握机械能守恒定律的表达式和运用机械能守恒定律求解比较简单的问题，但对具体问题中机械能守恒条件是否满足还有一定的困难，因此，对机械能守恒定律条件的理解是本节内容的难点。
【学情分析】
通过前几节课内容的学习，学生知道了重力做功会引起重力势能的变化，弹簧的弹力做功将使弹性势能发生变化，合外力做功将引起物体动能的变化。使学生看到生活中的一些定性的感受逐渐找到了定量方面的联系，对功能关系的认识加深了，也萌发了继续探究的兴趣。那么，在动能和势能都参与转化的过程中，情况又将如何呢？这是学生急待解决的问题，机械能守恒定律的建立已经到了“水到渠成”的时候了。
【设计思路】
本节课首先以自然景观、生活实例为情景引入新课，引起学生探索物理规律的兴趣。而学生通过大胆猜想、探究设计、实验验证、理论推导充分体验物理规律的形成过程，从而真正理解机械能守恒定律及条件。最后，通过实践应用来回馈生活，加深学生对物理规律的认识。整节课，以学生为主题，体验为红线，思维为主攻，教师加以引导，以情激情，以诱达思，使学生在掌握物理规律的同时，获得了探求知识的途径和方法。从而激励学生将探究学习的方法应用到平时学习中去，在获得知识的同时，体验快乐和成就感。
【学习目标】
（1）理解机械能和机械能总量的概念（动能、势能统称为机械能，它们的总和即为机械能总量）；
（2）理解机械能守恒定律条件的实质（能量只在机械动能和势能之间转化）；
（3）初步会用定律分析实际过程机械能是否守恒（做功法和能量转化法）。
【教学流程】
探索现象、引发猜想：
情境创设、导入新课：
课件投影瀑布的风景视频。
引用李白的《望庐山瀑布》--------日照香炉生紫烟，遥望瀑布挂前川。飞流直下三千尺，疑是银河落九天。并引导学生从已有的物理知识分析一下，为什么瀑布会有如此壮丽的景色？
（设计意图：创设情景，触景引疑，激发学生的参与欲望，由此引出课题。）
（简要实录：学生讨论并有以下回答：水下落具有很大的动能；水在下落过程中，重力做正功，重力势能减小，动能增加；重力势能转化成动能。教师因势利导，引出课题，今天我们就来探究在机械运动中能量转化的一条定律---------机械能守恒定律。）
（二）、联系实际、感知猜想
1、（课件展示）生活中有哪些实例体现了势能和动能间的相互转化？并说明能量转化情况，请同学们结合自己的生活经验分组交流：
（设计意图：联系实际，使学生获得感性认识。）
（简要实录：学生踊跃发言，并举出生活中的实例，根据生活实践可以感知，动能和势能之间是可以相互转化的。 ）
2、勇气实验：如图所示，让两位同学参与实验，一位同学靠近单摆站立，另一位同学把悬挂重球拉至他的鼻尖由静止释放，实验者立于原位不动，小球来回摆动，学生观察当小球摆回时实验者是否害怕，并根据实验猜想一下动能和重力势能相互转化的过程中是否有某种定量关系。
（设计意图：通过亲身经历，以惊激趣，以趣生疑，以疑引思，迅速激起学生的兴趣，集中注意力，激发探究欲望。）
（简要实录：当球摆回时，实验者虽没躲避，但闭上了双眼，引起学生一片善意的微笑。教师借此诱导学生分析所提出的问题。学生通过观察交流认识到若无空气阻力，小球最高只能摆到等高处，不会碰到鼻子。因此，猜想：在只有重力做功的情况下，物体的动能和重力势能总和是一定的。）
（课件展示）：猜想：在只有重力做功的情况下，物体的机械能总量保持不变。
深入探究、形成规律：
（一）、合作探究、自主设计：
（课件投影）请同学们根据生活中的实例为模型，分组交流并设计一个能够验证以上猜想的方案，并对方案进行可行性评估。
设计实验时注意以下几个方面：
1）需要的实验器材
2）必要的实验步骤
3）需要测量或记录的数据
4）如何利用数据验证猜想
5）误差来源
（设计意图：让学生通过合作探究，开阔其思维，亲身经历规律的探究过程,把学习的主动权教给学生。）
（简要实录：三人为一组，学生分组讨论，教师引导学生以不同的物理过程设计实验。完成后，学生们踊跃发言，设计了很多方案，以下列举了几种比较有代表性的方案，然后师生对大家设计的方案的可行性进行了激烈讨论。
方案一：器材：斜面、小车、刻度尺、纸带及打点计时器等
步骤：小车沿斜面下滑打出一带有一系列点的纸带，然后根据纸带上任意一点，找出打该点时小车的位置，用刻度尺测出该点距离小车出发点的竖直位置的竖直高度。运用所得数据可算出小车机械能是否守恒。
该方案的不足：1）、摩擦阻力过大。2）不容易确定小车末位置。
改进方法：将斜面小车改为滑块和气垫导轨；打点计时器换成光电门。
方案二：利用单摆小球和光电门
步骤：将小球拉起一定高度，自然下摆，在其摆动路径上任一点放一光电门，用刻度尺量出光电门到起始点的竖直高度。运用所测量数据可算出单摆摆动过程中机械能是否守恒。
方案三：用自由下落的重物和打点计时器验证机械能守恒。
步骤：纸带上两点之间的距离等于物体下落的高度。选定几个计数点，测出它们之间的距离和重物各点的速度，验证机械能守恒。
对以上方案进行评估后，学生们认为，自由落体为模型设计的实验方案在现有的条件下最容易实施。）
（二）实验探究、验证猜想
实验内容：分组实验 探究自由落体的过程中动能和重力势能相互转化所遵循的规律。
实验器材：铁架台、打点计时器、纸带、刻度尺、重物、电源、导线等。
实验步骤：
1、将纸带一端固定在重锤上另一段穿过打点计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停在打点计时器附近。
2、 待打点计时器稳定后松手，让重锤带纸带自由下落。
3、选择合适的纸带应用运动学公式算出纸带上任意两点的瞬时速度。
4、利用所得数据计算两点各自的机械能总量，然后进行比较。
实验要求：实验时要尽可能想办法减少误差的影响，各小组完成实验后，立即整理分析实验结果，得出自己的结论。
（设计意图：实验探索，培养学生实验探究能力）
（简要实录：三人一组，每组一套。学生制定方案后，开始实施实验。实验过程中学生积极主动，教师参与指导，课堂气氛活跃，各组基本完成任务。有少数小组误差偏大，教师建议课下可在实验室重新完成探究。）
(课件投影)
初步结论：
在只有重力做功的物体系统内，动能与重力势能可以相互转化，而机械能的总量保持不变。
(三）、理论验证、形成结论：
(课件投影)物理规律的形成除了实验验证，还应该能从理论上进行推导。能否利用已有知识以自由落体运动证明我们前面的实验结论？可以把自己的想法与同学交流一下
(设计意图:突出学生主体地位,不仅能提高学生的推理能力,而且也能使学生体会到成功的乐趣.)
（简要实录：学生自主推理，得出结论，让学生在黑板上板书并进行讲解，分析下落过程中A、B两位置的机械能之间的数量关系。
A点到B点， WG=mv22-mv12= EK2-EK1
由重力做功和重力势能变化的关系有
WG=mgh1-mgh2=EP1-EP2
得到 EK2-EK1=EP1-EP2 ①
移项后，得 EP1+EK1=EP2+EK2 ②
即 E1=E2
教师引导学生分析①②两式分别表示的物理意义是什么？在表达式①中左边是物体动能的增加量，右边是物体重力势能减少量，该表达式说明：物体在下落过程中，重力做了多少正功，物体的重力势能就减小多少，同时物体的动能就增加多少。在表达式②中，左边是物体在末位置时的机械能，右边是物体在初位置时的机械能，该式表示：动能和势能之和即总的机械能保持不变。）
（四）、总结归纳 形成定律：
其实,在只有弹力做功的物体系统内,动能和弹性势能可以互相转化,而总的机械能也保持不变。同学们，能否根据上述过程，将机械能守恒定律全面的概括出来？
（设计意图：鼓励引导学生对机械能守恒定律的条件和内容进行分析归纳，培养学生表述问题的严谨性和科学性。）
（简要实录：学生积极思考，参与课堂，自主归纳。）
(课件展示)得出结论：
在只有重力和弹力做功的系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。我们把这个规律叫做机械能守恒定律。
EP1+EK1=EP2+EK2 或者
（五）、深入讨论 结论评估：
（课件展示）你觉得对机械能守恒定律的理解应注意哪些方面？
（设计意图：纵向深入，加深理解，形成应用能力。）
（简要实录：学生交流阐述各人观点，同学间互相评价，教师归纳总结。）
（课件展示）：1）条件：只有重力和弹力做功
2）内容：动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
3）零势能面的选取。
三、迁移深化，理解应用：
（一）提升拓展 物理建模：
（课件展示）在我们以前学过的哪些物理基本过程或模型中可以应用机械能守恒？同学之间可以互相讨论。
（设计意图：进一步提高学生的思维扩展能力，应用已得结论扩展到简单物理模型，使学生的对知识的理解升华。）
（简要实录：学生各抒己见，列举实例：沿光滑面下滑的物体、在竖直面内无摩擦阻力的圆周运动、各种抛体运动等，教师对学生的回答表示赞赏，并进行补充，比如人造卫星和宇宙飞船绕地球运动，也符合机械能守恒定律的条件，它们的机械能也守恒。）
（二）反馈练习 案例分析：
例1：在下面列举的各个实例中（除d以外不计空气阻
力），哪些情况机械能是守恒的？说明理由
a.抛出的手榴弹或标枪在空中运动；
b.拉着一个物体沿光滑的斜面匀速上升；（如图甲）
c.在光滑水平面上运动的小球碰到一个弹簧，把弹簧压缩后，又被弹回来；（如图乙）
d．跳伞运动员带着张开的降落伞在空中匀速下落；
（设计意图：通过上例具体问题，巩固对机械能守恒条件的理解和掌握。）
（简要实录：学生思考后得出正确答案，教师进一步引导学生分析错误选项中机械能不守恒的原因。从而，巩固学生对机械能守恒定律条件的理解。）
例2：把一个小球用细线悬挂起来,就成为一个单摆，如图所示。摆长为L，最大偏角为θ。小球运动到最低点时的速度大小为多少？
（设计意图：利用案例回扣前面的实验，使学生真正从感性认识上升到理性认识，消除学生对探究结果的顾虑。）
（简要实录：根据学生结果引导学生分析，θ角越大，cosθ越小，v就越大。也就是说把小球拉得越高，它到达最低点的速度就越大。这与生活经验是一致的。）
(三)课堂小结，布置作业
1、（课件展示）同学间交流一下通过本节课，你有哪些收获？
（设计意图：同学经过交流，互相学习，互相借鉴，完善本节课三维目标。）
2、作业：
1）、完成课后练习：1、2、3题
2）思考：机械能守恒定律能否扩展到多个物体？
【教学心得】
本节课是运用新课程理念“探究性学习方式”的教学案例，以诱思探究学科教学论为指导思想。整个设计过程追求“教师为引导，学生为主题，体验为红线思维为主攻”，力求摆脱传统的教师“满堂讲”，学生“满堂听”的教学模式，真正将课堂还给学生，让学生亲身经历物理规律形成的整过程，从而培养其演绎推理能力、分析归纳能力和探索发现能力，加深对物理规律的理解。
作为一名青年教师，我自知对课堂把握能力还有许多不足。因此，课前我有些顾虑，担心自己设计的教学环节不能够把学生充分调动起来，完不成本节教学任务。但讲课过程中，我的顾虑全部打消了，学生们在课堂上积极参与，踊跃回答问题，相互交流、帮助、评价、合作，有的按部就班，有的另辟蹊径，就连平时沉默寡言的学生也积极表达自己的看法，他们完全把自己看作了课堂的主人。整堂课在轻松高效的氛围下完成，甚至课下仍然有不少同学向我提出了一些有创意的想法和思路。通过这堂课让我坚信，只要老师大胆创新，从发挥学生的主观能动性出发，精心设计每一堂课，就一定能实现我们高效课堂的目的，最终实现学生的全面发展。
不足之处：
1、教学语言组织还需更恰当简练。自身教学艺术，掌控课堂的能力还需进一步加强。
2、过于追求教学进度，学生的许多想法不能尽心发挥。
3、教学环节的设计及各环节之间的衔接还有一定不足，还需进一步研究探讨。
课件14张PPT。 第八节
机械能守恒定律（一）、联系实际 交流讨论： 生活中有哪些实例体现了势能和动能间的相互转化？一、探索现象、认识感知（二）、认真观察 大胆猜想： 势能与动能相互转化过程是否存在某种定量关系？猜想：在只有重力做功的情况下，物体的机械能总量保持不变。（一）、合作探究、自主设计： 请同学们根据生活中的实例为模型，分组交流并设计一个能够验证以上猜想的方案，并对方案进行可行性评估。设计实验时注意以下几个方面：
1）怎样才能既可能的保证只有重力做功？
2）是否需要测量重物的质量？
3）怎样确定重物在某点的动能和势能？二、深入探究、形成规律初步结论：
在只有重力做功的物体系统内，动能与重力势能可以相互转化，而机械能的总量保持不变。（二）成果展示 汇报交流：（三）理论验证、形成结论： 能否利用已有知识以自由落体运动证明我们前面的实验结论？可以把自己的想法与同学交流一下
（取地面为零势能面）（四）总结归纳 形成定律： 在只有重力或弹力做功的系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。我们把这个规律叫做机械能守恒定律。 （四）、深入讨论 结论评估：在只有重力或弹力做功的系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。我们把这个规律叫做机械能守恒定律。①物体只受重力（或弹力）作用，且只有重力（或弹力）做功。 ②物体除了受重力（或弹力）作用外，还受到其他力的作用，但其他力对物体不做功，只有重力（或弹力）做功 。③物体除了受重力（或弹力）作用外，还受到其他力的作用，其他力也做功，但其他力对物体所做功的代数和为零。 1)条件：2）能量角度：只有动能和势能之间的相互转化。 在我们以前学过的哪些物理基本过程或模型中可以应用机械能守恒？同学之间可以互相讨论。三、提升拓展 物理建模：例1、下列物体中，机械能守恒的是
A．做平抛运动的物体
B．被匀速吊起的集装箱
C．下图中光滑平面上随弹簧一起往复运动的小球
D．物体以4g/5的加速度竖直向上做匀 减速运动AC四、实际应用 案例分析：例2：把一个小球用细线悬挂起来,就成为一个单摆，如图所示。摆长为L，最大偏角为θ。小球运动到最低点时的速度大小为多少？应用机械能守恒定律的解题步骤
(1)确定研究对象;
(2)对研究对象进行正确的受力分析;
(3)判断各个力是否做功，并分析是否符合机械 能守恒的条件;
(4)视解题方便选取零势能参考平面，并确定研究 对象在始、末状态时的机械能;
(5)根据机械能守恒定律列出方程，或再辅之以其他方程，进行求解.师生小结： 同学间交流一下通过本节课，你有哪些收获？作业：
