人教版物理必修2教案
7-8机械能守恒定律教学设计
一、设计思想
本节是一节规律教学,在本章中处于核心地位,是前面各节内容的综合,同时又是下一节能量守恒定律的基础。新课标指出:在重视物理概念和规律教学的同时要加强学生能力的培养。因此,这节课不仅要让学生掌握规律,同时还要引导学生积极主动地学习,贯彻“学为主体,教为主导”的教学思想。主导作用表现在,组织课堂教学、激发学生学习动机;提供问题的背景,引导学生学习;注意把握激发、疏导、深化、迁移、创造等环节,发展学生思维;注意评价学生的学习,促进学生积极思维,主动获取知识,达到会学的目的。主体作用表现在,通过学生对生活实例和物理实验的观察,激发学生的求知欲,引出对机械能守恒定律的探究,通过探究,提高学生的推理能力,形成科学思维方法。本节课力图体现“从生活走向物理”的理念,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与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,领会机械能守恒定律解决问题的优点,形成科学的价值观。
二、教学设计流程图
教学环节
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情景
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问题
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创设问题情景切入
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生活中:视频,海盗船
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运动过程中,动能和势能如何变化?
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实验事实
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实验1:单摆实验
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运动过程中,动能和势能如何变化?小球摆动的高度是否变化?机械能是否变化?
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激发矛盾
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实验2:将钢球换为泡沫球再做
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小球摆动的高度是否变化?
机械能是否变化?
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提炼核心问题
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依据上述两过程
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什么情况下机械能保持不变?
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科学探究
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1、 小球做自由落体运动
2、 水平弹簧振子
3、 竖直弹簧振子
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只有重力做功,机械能是否保持不变?
只有弹力做功,机械能是否保持不变?
只有重力和弹力做功,机械能是否保持不变?
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应用规律解决实际问题
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1、 泡沫球
2、 过山车
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减少的机械能哪去了?
机械能是否守恒?如何转化?
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三、教学目标
一、知识和技能
1、知道机械能的概念,理解物体的势能和动能可以相互转化
2、理解机械能守恒定律的内容和条件
二、过程和方法
1.学会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。
2、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。
三、情感、态度和价值观
体会科学探究中的守恒思想,领悟用机械能守恒解决问题的优点,形成科学价值观
四、教学过程
教师活动
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学生活动
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设计意图
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导入:
视频:海盗船
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观察分析:重力做功情况及能量转化情况。
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1、引出功能转化思想2、给出机械能概念:力做功的过程也是能量从一种形式转化为另一种形式的过程,物体的动能和势能总和叫做机械能。
3、提出课题:机械能守恒定律
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演示实验1:
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学生注意观察物体运动中动能、势能的变化情况,分析不变的量是什么,机械能是否变化?
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得出结论:只有重力做功的物体系统内,物体运动过程中,随动能增大,物体的势能减小;反之,随动能减小,物体的势能增加;摆动高度不变,机械能保持不变。
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演示实验2、换泡沫球重复上述实验
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观察思考:小球摆动的高度是否变化?机械能是否变化?
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产生矛盾, 激发探究兴趣
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提出探究问题:什么情况下机械能保持不变?
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学生各抒己见
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激发兴趣,引出学生探究方向
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教师给出研究方法
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学生领悟
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提出研究方法:在探究物理规律时,应该是由简单到复杂,逐步深入,先对简单的物理现象进行探究,然后加以推广深化。在动能与势能转化的情境中,自由落体(只受重力)应该是比较简单的。
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教师给出情景:
1、只有重力对物体做功时物体的机械能
问题:质量为m的物体自由下落过程中,经过高度h1处速度为v1,下落至高度h2处速度为v2,不计空气阻力,分析由h1下落到h2过程中机械能的变化情况。
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学生分析推导:根据动能定理,有:
下落过程中重力对物体做功,重力做功在数值上等于物体重力势能的变化量。取地面为参考平面,有:
WG=mgh1-mgh2
由以上两式可以得到
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建立具体情景,学生有了思维的依托,在此基础上,进行知识的正向迁移,并为学生的猜想提供了依据,激励起学生的学习兴趣和求知欲,引导学生回答物体运动中动能、势能变化情况,引导学生思考分析并推导(让学生独立推导此定律,并作小结:下落过程中,只有重力做功物体系统内,物体重力势能转化为动能,此过程中物体的机械能总量不变。
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引导; 上述结论是否具有普遍意义呢?请同学们进一步分析物体做平抛和竖直上抛运动时的情况。
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继续分析推导
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培养发散思维及正向迁移能力
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1、演示弹簧振子实验
问题:在只有弹簧弹力做功时,物体的机械能是否变化呢
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学生观察分析并类比重力做功进行定性研究
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结论:在只有弹簧弹力做功物体系统内,物体的动能与势能可以相互转化,物体的机械能总量不变。
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2、弹簧和物体组成的系统:质量为m小球从一定高处自由落下,落到直立的下端固定的弹簧上,请分析系统的能量转化关系。(见演示课件)提出问题:
①系统中涉及几种形式的能量?
②那些力对小球作了功?
③机械能守恒吗?
④球运动过程中能量转化情况?
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观察分析讨论回答问题
分析:找小球的平衡位置O点,取O点的重力势能为零,在O点弹簧已有一定的压缩,弹性势能不为零,小球在往复运动过程中,经过平衡位置O点时速度最大,所以小球经过平衡位置O点时,动能最大,重力势能为零,弹性势能不为零,小球位于B点位置时,小球重力势能最大,动能、弹性势能为零,小球位于A点位置时,小球弹性势能最大,动能为零,重力势能最小。
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此过程对可发展学生提出了更高层次要求。对守恒条件着眼于整体,揭示了事物间的内在联系,有利于学生克服思维的单向性,表现出思维的灵活多向性,突破难点。
说明:未讲振动,不必给出弹簧振子名称,只需讲清系统特点即可。引导学生思考分析动能,重力势能、弹性势能;只有重力和弹簧弹力做功;系统总的机械能守恒。
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解释刚上课时的泡沫球实验:机械能不守恒的原因
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解释
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与开课导入相呼应,通过对比进一步理解机械能守恒条件,并为下一节能量守恒定律埋下伏笔。
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视频:过山车
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学生分享做过山车的体验
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从生活体验到物理模型
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例、小球沿光滑斜轨道由静止开始滑下,并进入在竖直平面内的离心轨道运动,如图所示,为保持小球能够通过离心轨道最高点而不落下,求小球至少应从多高处开始滑下?已知离心圆轨道半径为R,不计各处摩擦。(见实物实验及演示课件)
问题:①小球能够在离心轨道内完成完整的圆周运动,对小球通过圆轨道最高点的速度有何要求?
②从小球沿斜轨道滑下,到小球在离心轨道内运动的过程中,小球的机械能是否守恒?
③如何应用机械能守恒定律解决这一问题?如何选取物体运动的初、末状态?
进一步说明:在中学阶段,由于数学工具的限制,我们无法应用牛顿运动定律解决小球在离心圆轨道内的运动。但应用机械能守恒定律,可以很简单地解决这类问题。
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学生思考求解:
分析明确:①小球能够通过圆轨道最高点,要求小球在最高点必须具有一定速度,即此时小球运动所需向心力,恰好等于小球所受重力;
②运动中小球的机械能守恒;
③选小球开始下滑为初状态,通过离心轨道最高点为末状态,研究小球这一运动过程。
落实书写:解:取离心轨道最低点所在平面为参考平面,开始时小球具有的机械能E1=mgh。通过离心轨道最高点时,小球速度为v,此时小球的机械能为。根据机械能守恒定律E1=E2,有
小球能够通过离心轨道最高点,应满足
由以上两式解得h≥5R/2
小球从h≥5R/2的高度由静止开始滚下,可以在离心圆轨道内完成完整的圆周运动。
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1、通过规律应用巩固知识,初步掌握运用能量转化与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,领会机械能守恒定律解决问题的优点,形成科学的价值观。
2、明确解题思路:
(1)受力分析,判断是否符合机械能守恒的条件。
(2) 列出初、末两个状态的机械能。
(3) 根据机械能守恒定律列出等式,求解方程。
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五、板书设计
一、机械能概念
物体的动能和势能总和叫做机械能。
二、 机械能守恒定律
在只有重力或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。
三、 应用机械能守恒定律解题的一般步骤
1、 受力分析,判断是否符合机械能守恒的条件。
2、 列出初、末两个状态的机械能。
3、根据机械能守恒定律列出等式,求解方程。
六、教学反思(授课后补上)
七、点评