第第頁【核心素養(yǎng)目標(biāo)】中職物理（通用類）高教版（2023）2.3機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用同步教案（表格式）主題二功和能

第三節(jié)機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)案例

課程內(nèi)容第三節(jié)機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用

課程類型啟發(fā)講授課課時(shí)2學(xué)時(shí)

教材內(nèi)容分析本節(jié)主要讓學(xué)生通過控制變量實(shí)驗(yàn)，了解重力勢能和彈性勢能的概念及特點(diǎn)，知道機(jī)械能是人類生活中常見的能量形式。通過實(shí)驗(yàn)，理解機(jī)械能守恒定律，了解機(jī)械能守恒的條件，能進(jìn)行簡單計(jì)算，并能用其分析生產(chǎn)、生活中的有關(guān)問題。

學(xué)情分析學(xué)生在初中已經(jīng)初步建構(gòu)了勢能的概念，但沒有涉及定量計(jì)算。因此在中職物理中，要重新重點(diǎn)建構(gòu)重力勢能的概念。通過實(shí)驗(yàn)，觀察物體的重力勢能與物體的質(zhì)量和高度的關(guān)系。重新建構(gòu)機(jī)械能的概念，鞏固在一定的條件下，物體的勢能和動(dòng)能之間可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化的觀念。通過觀察實(shí)驗(yàn)、分析演繹，理解機(jī)械能守恒定律，能進(jìn)行簡單計(jì)算等。

教學(xué)目標(biāo)1．了解重力勢能和彈性勢能的概念及特點(diǎn)，知道機(jī)械能是人類生活中常見的能量形式。理解機(jī)械能守恒定律，了解機(jī)械能守恒的條件，能進(jìn)行簡單計(jì)算，提高對(duì)物體運(yùn)動(dòng)、相互作用和能量關(guān)系的認(rèn)識(shí)，形成物體的機(jī)械能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化并保持守恒等能量觀念，并能用其分析和解決生產(chǎn)、生活中簡單的實(shí)際問題。

2．了解研究物體重力勢能與其質(zhì)量、高度關(guān)系時(shí)，使用的控制變量和比較等方法。了解定義重力勢能使用的乘積定義法。了解研究機(jī)械能守恒定律時(shí)使用的分析、歸納、演繹、守恒原理等方法，增強(qiáng)科學(xué)論證等素養(yǎng)。

3．通過“研究重力勢能與物體質(zhì)量、高度關(guān)系”“觀察動(dòng)能與重力勢能的相互轉(zhuǎn)化”等演示實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)觀察、技術(shù)運(yùn)用等核心素養(yǎng)。

4．通過了解我國三峽水電站等大型水利工程等現(xiàn)代建設(shè)成就和水運(yùn)儀象臺(tái)等古代科學(xué)技術(shù)，增強(qiáng)民族自豪感和家國情懷。了解水力發(fā)電原理，養(yǎng)成節(jié)約能源的生活習(xí)慣，增強(qiáng)保護(hù)環(huán)境的社會(huì)責(zé)任感。

教學(xué)重點(diǎn)讓學(xué)生建構(gòu)勢能的概念，了解機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用方法。

教學(xué)難點(diǎn)推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律過程中使用的分析、演繹方法，了解機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用條件及方法。

教學(xué)策略讓學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)了解新知識(shí)，形成新觀念，提高實(shí)驗(yàn)觀察能力，受到科學(xué)方法熏陶。

主要教法啟發(fā)式講授、演示實(shí)驗(yàn)、組織合作學(xué)習(xí)

主要學(xué)法自主學(xué)習(xí)、觀察實(shí)驗(yàn)、思考討論、合作學(xué)習(xí)

教學(xué)資源多媒體課件展示系統(tǒng)、鐵架臺(tái)、沙箱、小鐵桌、質(zhì)量不同的兩個(gè)砝碼、刻度尺、夾子、細(xì)線、金屬小球、繪圖板、白紙等。

課堂實(shí)施

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖

課前準(zhǔn)備1.什么是重力勢能？2.在“研究重力勢能與物體質(zhì)量、高度的關(guān)系”演示實(shí)驗(yàn)中，使用了哪些科學(xué)方法？3.物體的重力勢能如何計(jì)算？4.零勢能面怎樣選擇？5.什么是彈性勢能？6.“觀察動(dòng)能與重力勢能的相互轉(zhuǎn)化”演示實(shí)驗(yàn)，說明了什么？7.機(jī)械能守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是怎樣的？8.機(jī)械能守恒定律的條件是什么？1.安排學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)（閱讀教材、觀看老師提供的微課視頻）。2.就學(xué)生提出的問題進(jìn)行有針對(duì)性地備課，準(zhǔn)備在課堂上學(xué)生討論時(shí)給予指導(dǎo)。對(duì)教材和教學(xué)視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)和思考，并與同學(xué)討論其中發(fā)現(xiàn)的問題，將疑問反饋給老師。讓學(xué)生通過課前自主學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)自己不理解的問題，準(zhǔn)備到課堂上與同學(xué)討論，與老師交流，解決疑問。

課堂實(shí)施新課引入創(chuàng)設(shè)情境：三峽水電站是當(dāng)今世界上裝機(jī)容量最大的水力發(fā)電站。工程設(shè)計(jì)正常蓄水位l75m，總庫容3.93×1010m3，總裝機(jī)容量為2.25×107kW，年發(fā)電量約1.0×1011kW·h。展示圖片、提問：三峽大壩為什么會(huì)有如此巨大的發(fā)電量呢？觀看、思考激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)

新課教學(xué)在建筑工地，經(jīng)常可以看見打夯機(jī)將重錘高高吊起，然后釋放，讓重錘落下將地基夯得更結(jié)實(shí)。被舉高的重錘具有對(duì)地面做功的本領(lǐng)，因此說它具有某種能量。在物理學(xué)中，把地球表面附近的物體由于被舉高而具有的能量，稱為重力勢能。展示圖片、講述、提問：重力勢能的大小跟哪些因素有關(guān)呢？觀看、傾聽、思考從日常觀察現(xiàn)象引出新教學(xué)內(nèi)容。

演示實(shí)驗(yàn)：研究重力勢能與物體質(zhì)量、高度的關(guān)系將裝滿細(xì)沙的沙箱放在桌子上，表面輔平。用鐵架臺(tái)和夾子在沙箱里豎直安放一根直尺，使其零刻線與沙面平齊。再將小鐵桌輕輕放在沙面上，記下小鐵桌的高度值。1．保持砝碼質(zhì)量不變，改變砝碼的高度先將質(zhì)量為0.1kg的砝碼放置在小鐵桌正上方20cm處，使其從靜止開始落下。砝碼落在小鐵桌上，將小鐵桌壓入沙中，記下小鐵桌的高度值，計(jì)算出小鐵桌的位移s1為；將小鐵桌恢復(fù)原位，再將同一砝碼放置在小鐵桌正上方40cm處，使其從靜止開始落下。砝碼落在小鐵桌上，再次將小鐵桌壓入沙中，記下小鐵桌的高度值，計(jì)算出小鐵桌的位移s2為。進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，組織學(xué)生合作學(xué)習(xí)：通過比較s1和s2，當(dāng)砝碼的質(zhì)量相同時(shí)，初始高度越高，將小鐵桌壓入沙中的位移越，說明砝碼對(duì)小鐵桌做的功越，表明砝碼開始下落前的重力勢能越。觀看實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)、合作學(xué)習(xí)、回答：初始高度越高，將小鐵桌壓入沙中的位移越大，說明砝碼對(duì)小鐵桌做的功越多，表明砝碼開始下落前的重力勢能越大。引導(dǎo)學(xué)生歸納重力勢能與高度的關(guān)系。

演示實(shí)驗(yàn)：2．保持砝碼高度不變，改變砝碼的質(zhì)量將小鐵桌恢復(fù)原位，再將質(zhì)量為0.2kg的砝碼放置在小鐵桌正上方20cm處，使其從靜止開始落下。砝碼落在小鐵桌上，將小鐵桌壓入沙中，記下小鐵桌的高度值，計(jì)算出小鐵桌的位移s3為。進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，組織學(xué)生合作學(xué)習(xí)：通過比較s1和s3，當(dāng)砝碼的初始高度相同時(shí)，砝碼的質(zhì)量越大，將小鐵桌壓入沙中的位移越，說明砝碼對(duì)小鐵桌做的功越，表明砝碼開始下落前的重力勢能越。觀看實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)、合作學(xué)習(xí)、回答：當(dāng)砝碼的初始高度相同時(shí)，砝碼的質(zhì)量越大，將小鐵桌壓入沙中的位移越大，說明砝碼對(duì)小鐵桌做的功越多，表明砝碼開始下落前的重力勢能越大。引導(dǎo)學(xué)生歸納重力勢能與物體質(zhì)量的關(guān)系。

【思維與方法】本實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)方法是控制變量法，每一步驟都采用了比較法。講述傾聽讓學(xué)生了解科學(xué)方法。

質(zhì)量為m的物體從高處由靜止開始豎直下落高度h。由于物體只受重力，因此重力在下落過程中做的功為W＝mgh物理學(xué)中，把mgh作為物體在高度為h處的重力勢能，用Ep表示，即Ep＝mgh重力勢能是標(biāo)量，國際單位制單位是J（焦）。展示圖片、講解觀看、傾聽、理解、記憶讓學(xué)生了解重力勢能的計(jì)算方法。

實(shí)驗(yàn)和理論都可證明，物體重力勢能的大小與物體的重力和高度都成正比。物體的高度總是相對(duì)于某一水平面來說的，這個(gè)水平面稱為零勢能面。在零勢能面上的物體，由于高度為0，因此重力勢能也為0。零勢能面的選擇是任意的，可視研究問題的方便而定。一般情況下，常選地面為零勢能面。處于零勢能面以上的物體，重力勢能為正值；處于零勢能面以下的物體，重力勢能為負(fù)值。重力勢能為負(fù)值，表示物體的重力勢能比在零勢能面的重力勢能小。講述零勢能面的選擇方法。傾聽、理解、記憶了解零勢能面的選擇方法。

卷緊的發(fā)條、拉伸或壓縮的彈簧、拉開的弓、正在擊球的球拍、撐竿跳運(yùn)動(dòng)員手中彎曲的跳竿等，這些物體由于發(fā)生了彈性形變，而具有了做功的本領(lǐng)。物理學(xué)中，把物體由于彈性形變而具有的能量，稱為彈性勢能。展示圖片、講述彈性勢能的概念。觀看、傾聽、記憶讓學(xué)生鞏固彈性勢能的概念。

動(dòng)能和勢能（包括重力勢能和彈性勢能）統(tǒng)稱為機(jī)械能。在一定的條件下，物體的動(dòng)能和勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化。講述傾聽讓學(xué)生鞏固機(jī)械能的概念。

演示實(shí)驗(yàn)：觀察動(dòng)能與重力勢能的相互轉(zhuǎn)化用細(xì)線將小球懸掛起來，把小球拉到一定高度的初始點(diǎn)A，然后由靜止開始釋放，小球就會(huì)經(jīng)過最低點(diǎn)O，擺到另一端的最高點(diǎn)B。如果在小球擺到最低點(diǎn)O時(shí)，將細(xì)線在中間的某一點(diǎn)擋住，小球則會(huì)以該點(diǎn)為圓心，擺到一個(gè)新的最高點(diǎn)C。進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。觀看、思考讓學(xué)生增加有關(guān)機(jī)械能轉(zhuǎn)化與守恒的感性認(rèn)識(shí)。

與本學(xué)習(xí)小組的同學(xué)討論，小球在從A擺向O點(diǎn)的過程中，不考慮空氣阻力，則只有力對(duì)小球做功。小球的速度越來越，位置越來越，說明小球的動(dòng)能越來越，重力勢能越來越。即可判斷出在此過程中，小球的一部分能轉(zhuǎn)化成了能。小球在從O點(diǎn)擺向B點(diǎn)的過程中，也不考慮空氣阻力，則只有力對(duì)小球做功，小球的速度越來越，位置越來越。說明小球的動(dòng)能越來越，重力勢能越來越。小球到達(dá)最高點(diǎn)B時(shí)，速度變?yōu)椋纯膳袛喑鲈诖诉^程中，小球的能又全部轉(zhuǎn)化成了能。本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明，小球在從A擺向B的過程中，機(jī)械能總量保持。當(dāng)細(xì)線在擺動(dòng)中被阻擋時(shí)，小球到達(dá)另一端的最高點(diǎn)C與初始點(diǎn)A的高度，說明在此過程中小球的機(jī)械能總量也保持。展示圖片、組織學(xué)生合作學(xué)習(xí)、巡視、指導(dǎo)、答疑合作學(xué)習(xí)、觀察、討論、質(zhì)疑引導(dǎo)學(xué)生分析小球擺過程中機(jī)械能的轉(zhuǎn)化與守恒情況。

一個(gè)質(zhì)量為m自由下落的物體，從高度為h1的A點(diǎn)下落到高度為h2的B點(diǎn)，速度從v1增加到v2。根據(jù)動(dòng)能定理得在此過程中，物體的重力勢能減少了，而動(dòng)能增加了，物體的重力勢能減少的量等于動(dòng)能增加的量，即物體的機(jī)械能保持不變。展示圖片、講解推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其物理意義。觀看、傾聽、理解、記憶讓學(xué)生了解機(jī)械能守恒定律數(shù)學(xué)表達(dá)式的推導(dǎo)過程及物理意義。

在自由落體運(yùn)動(dòng)中，只有重力做功，動(dòng)能與重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。在各種拋體運(yùn)動(dòng)中，如果忽略空氣阻力，物體的總機(jī)械能也保持不變。光滑水平面上，一個(gè)小球撞向一個(gè)一端固定的彈簧，彈簧被壓縮后，又把小球彈開，。在此過程中，若只有彈簧的彈力做功，則小球的動(dòng)能與彈簧的彈性勢能發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化，動(dòng)能與彈性勢能之和保持不變。通過大量實(shí)驗(yàn)，人們歸納出：在只有重力（或彈力）做功的情況下，物體的動(dòng)能和重力勢能（或彈性勢能）發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能的總量保持不變。這個(gè)結(jié)論稱為機(jī)械能守恒定律。機(jī)械能守恒定律是力學(xué)中的一個(gè)重要規(guī)律，也是能量守恒定律的一種形式。展示圖片、講解觀看、傾聽、理解、記憶讓學(xué)生全面了解機(jī)械能守恒定律及守恒條件。

【思維與方法】守恒原理運(yùn)用守恒原理是物理學(xué)研究中一種重要的科學(xué)方法，在判斷出物體在某運(yùn)動(dòng)或變化過程中某一物理量守恒以后，可以只關(guān)注物體在該過程的始、末狀態(tài)，從而使問題的研究過程大為簡化。講述傾聽讓學(xué)生了解科學(xué)方法。

示例一位小朋友從lm高、2m長的滑梯頂端，由靜止開始滑下，若不計(jì)摩擦力和空氣阻力，他到達(dá)滑梯底端時(shí)速度有多大？分析由于不計(jì)摩擦力和空氣阻力，小朋友在下滑的過程中只受支持力和重力的作用。在下滑過程中，支持力的方向始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直，因此對(duì)小朋友不做功。只有重力對(duì)小朋友做功，因此機(jī)械能守恒。解設(shè)小朋友的質(zhì)量為m，并選取地面為零勢能面，根據(jù)機(jī)械能守恒定律，有展示圖片、講解例題觀看、傾聽、理解、記憶讓學(xué)生了解應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決實(shí)際問題的方法。

【行為與責(zé)任】當(dāng)我們騎行或開車遇到下坡時(shí)，車輛的速度可能會(huì)越來越大，因此要注意采取制動(dòng)措施，控制好車速下坡。車輛上路前要對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)檢查，確保車輛的制動(dòng)系統(tǒng)工作正常，防止因制動(dòng)系統(tǒng)失靈，而導(dǎo)致車速過快，發(fā)生安全事故。講述傾聽讓學(xué)生了解機(jī)械能守恒定律在生活中的應(yīng)用，提高安全意識(shí)

【應(yīng)用與拓展】水力發(fā)電水力發(fā)電一般是指利用水的重力勢能和動(dòng)能進(jìn)行發(fā)電。水力發(fā)電最常用的方法就是在河流上修筑能集中水流落差和調(diào)節(jié)流量的攔河壩和引水管涵等，將分散在河段上的水能資源集中起來，然后靠引水管涵引導(dǎo)水流去沖擊水輪機(jī)，使水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生電能。水力發(fā)電是目前人類大規(guī)模利用清潔能源的方式之一。組織學(xué)生自主學(xué)習(xí)、巡視、指導(dǎo)、答疑閱讀、質(zhì)疑讓學(xué)生了解水力發(fā)電技術(shù)。

三峽水庫蓄水后，形成長約600km，高175m，總面積達(dá)1084km2的人工湖泊，總庫容3.93×1010m3，蓄積了大量的重力勢能。為了將重力勢能轉(zhuǎn)化為電能，三峽水電站安裝了32臺(tái)單機(jī)容量為7.0×105kW的水電機(jī)組，再加上三峽電站自身的兩臺(tái)5×104kW的電源電站，總裝機(jī)容量達(dá)到了2.25×107kW，因此年發(fā)電量達(dá)到約1.0×1011kW·h。三峽水電站是我國“西電東送”工程中的巨型電源點(diǎn)，共安裝了15回500kV高壓輸電線路，將電力源源不斷地送往華東、華南各省，為我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。回應(yīng)本節(jié)開始“情境與問題”欄目中的問題傾聽了解三峽水庫的發(fā)電原理和特點(diǎn)。

【技術(shù)·中國】長江上的大型水利工程我國是世界上河流水能資源最豐富的國家，目前技術(shù)可開