1、課題：F 機(jī)械能守恒定律（第一課時(shí)）執(zhí)教：上海川沙中學(xué) 沈銘峰一、教學(xué)任務(wù)分析本節(jié)課所用的教材是由上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版的高級中學(xué)物理課本高一年級第二學(xué)期第五章F 機(jī)械能守恒定律。從內(nèi)容上看這節(jié)課的內(nèi)容有利于學(xué)生對功能關(guān)系的進(jìn)一步認(rèn)識，有利于強(qiáng)化學(xué)生對動(dòng)能定理的理解；從思維方式上來看機(jī)械能守恒定律是學(xué)生在高中階段遇到的第一個(gè)守恒定律，學(xué)生通過學(xué)習(xí)能初步建立守恒的思想。因此，本課時(shí)的學(xué)習(xí)在本章中具有很重要的地位。上海市川沙中學(xué)是上海市實(shí)驗(yàn)性示范學(xué)校，學(xué)生來自全市，以浦東新區(qū)的學(xué)生為主。教學(xué)對象為高一平行班學(xué)生，他們對DIS（數(shù)字化信息系統(tǒng)）實(shí)驗(yàn)操作有一定基礎(chǔ)，能利用力學(xué)傳感器進(jìn)行測量并能進(jìn)行簡單

2、的分析。通過前幾節(jié)課內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道了重力做功會引起重力勢能的變化，合外力做功能引起物體動(dòng)能的變化。那么，動(dòng)能和勢能都參與轉(zhuǎn)化的過程中，情況又如何呢？本節(jié)課就是解決學(xué)生頭腦中的這個(gè)疑問。本設(shè)計(jì)從“小車從斜面上滑后再下滑”和“碰鼻游戲”引入，知道這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)中都有重力勢能和動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化，緊接著就提出問題在轉(zhuǎn)化過程中重力勢能和動(dòng)能遵循怎樣的規(guī)律？然后通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)自己探究重力勢能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化過程中機(jī)械能守恒，再通過兩個(gè)教師演示實(shí)驗(yàn)得出機(jī)械能守恒的條件，最后對機(jī)械能守恒定律進(jìn)行小結(jié)和應(yīng)用。二、教學(xué)目標(biāo)1知識與技能（1）理解物體在只有重力做功時(shí)動(dòng)能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化；（2）理解機(jī)械能守恒定律及其

3、條件。2過程與方法（1）在機(jī)械能守恒定律的探究中，經(jīng)歷科學(xué)的探索過程，感受物理學(xué)中過程模型化的思想；（2）運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)解釋物理現(xiàn)象、分析生活中的實(shí)際問題。3情感、態(tài)度與價(jià)值觀（1）通過對現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)的分析，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣；（2）通過對機(jī)械能守恒的探究過程樹立科學(xué)的觀點(diǎn)，感受物理中守恒思想的意義。三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：理解機(jī)械能守恒定律內(nèi)容；難點(diǎn)：（1）理解機(jī)械能守恒的條件；（2）DIS實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理。四、教學(xué)資源1DIS演示實(shí)驗(yàn)1套（包括計(jì)算機(jī)1臺、數(shù)據(jù)采集器1個(gè)、光電門傳感器6個(gè)、導(dǎo)線若干）。2學(xué)生實(shí)驗(yàn)24組（包括計(jì)算機(jī)1臺、數(shù)據(jù)采集器1個(gè)、DIS驗(yàn)證機(jī)械能守恒定

4、律器材1套）。3演示實(shí)驗(yàn)：單擺（重?cái)[錘，繩）、鐵球2個(gè)、小車1輛、軌道3個(gè)、鋼絲繩1根4課件：PPT幻燈片。5軟件：DIS 7.0實(shí)驗(yàn)軟件。6投影儀。五、教學(xué)設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)從“學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，自主發(fā)展”的理念出發(fā)，重視學(xué)生對現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)觀察分析能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生經(jīng)歷“觀察分析設(shè)計(jì)結(jié)論”的過程，獲得機(jī)械能守恒定律及其守恒的條件，最后能對相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行解釋并能進(jìn)行簡單計(jì)算。這樣學(xué)生就可以在學(xué)習(xí)物理知識的過程中，體驗(yàn)科學(xué)方法，增強(qiáng)科學(xué)精神、養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度。本節(jié)課需突出的重點(diǎn)是：機(jī)械能守恒定律內(nèi)容。方法：整個(gè)教學(xué)活動(dòng)都圍繞機(jī)械能守恒定律的獲得展開。從“小車從斜面上滑后再下滑”和“碰鼻游戲”引入，增加學(xué)生的感性

5、認(rèn)識，體驗(yàn)到重力勢能和動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化；通過學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的探究，得出擺錘在擺動(dòng)過程中機(jī)械能守恒；然后教師做演示實(shí)驗(yàn)“小球自由落體”和“帶孔小球從傾斜鋼絲上下滑”，得出重力勢能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化時(shí)機(jī)械能守恒并得出機(jī)械能守恒的條件；應(yīng)用階段是用定律來解釋“碰鼻游戲”和“上海地鐵某車站的設(shè)計(jì)方案”，來進(jìn)一步強(qiáng)化機(jī)械能守恒定律及其條件。本節(jié)課需突破的難點(diǎn)是：機(jī)械能守恒的條件和DIS實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理。方法：對于機(jī)械能守恒的條件這個(gè)難點(diǎn)是通過對擺錘在豎直面內(nèi)的擺動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)和帶孔小球從傾斜鋼絲上下滑這三種運(yùn)動(dòng)的對比，再加上學(xué)生與同伴間相互討論、小結(jié)獲得機(jī)械能守恒的條件，這樣一來學(xué)生對這個(gè)知識會有很深

6、的印象，理解也會更深了。對于DIS實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理，這一直以來是高中學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)難點(diǎn)，這次還是以引導(dǎo)為主，逐步完善學(xué)生在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理上的方法。完成本設(shè)計(jì)的內(nèi)容需1課時(shí)。六、教學(xué)流程1.教學(xué)流程圖情景演示實(shí)驗(yàn)1問題1活動(dòng)問題3演示實(shí)驗(yàn)3討論3應(yīng)用示例討論作業(yè)布置活動(dòng)討論2演示實(shí)驗(yàn)2自由落體運(yùn)動(dòng)機(jī)械能守恒活動(dòng)I師生互動(dòng)游戲問題2活動(dòng)討論1學(xué)生實(shí)驗(yàn)1動(dòng)能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化機(jī)械能守恒定律及條件擺錘擺動(dòng)過程中機(jī)械能守恒2教學(xué)流程圖說明情景 通過觀看“小車從斜面上滑后再下滑”演示實(shí)驗(yàn)1引入,提出問題1?；顒?dòng)I 師生互動(dòng)“碰鼻游戲”結(jié)合剛才演示實(shí)驗(yàn)，對現(xiàn)象進(jìn)行觀察和分析，知道這兩個(gè)

7、運(yùn)動(dòng)過程中重力勢能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化。提問2，在運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化時(shí)的規(guī)律?；顒?dòng)II 學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過對實(shí)驗(yàn)的分析來研究擺錘在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)時(shí)動(dòng)能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律?；顒?dòng)III 演示實(shí)驗(yàn)2小球自由落體，研究自由落體運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律?；顒?dòng) 演示實(shí)驗(yàn)3帶孔小球從傾斜鋼絲上下滑，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析機(jī)械能守恒的條件，最后歸納出機(jī)械能守恒條件。應(yīng)用 解釋“碰鼻游戲”的安全性；解釋“上海地鐵某車站的設(shè)計(jì)方案”；布置作業(yè)3主要教學(xué)環(huán)節(jié)本設(shè)計(jì)可分為四個(gè)主要的教學(xué)環(huán)節(jié)。第一個(gè)環(huán)節(jié) 情景引入 通過演示實(shí)驗(yàn)和游戲引入本節(jié)課的課題，動(dòng)能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化及其規(guī)律。第二個(gè)環(huán)節(jié)

8、定量探究 通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)，研究擺錘在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)過程中動(dòng)能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律，對此實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行小結(jié)，得出擺錘在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒。第三個(gè)環(huán)節(jié) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 通過教師演示實(shí)驗(yàn)獲得自由落體運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒。第四個(gè)環(huán)節(jié) 實(shí)驗(yàn)探討 通過教師演示實(shí)驗(yàn)帶孔小球從傾斜鋼絲上下滑，分析結(jié)果，機(jī)械能不守恒，再總結(jié)機(jī)械能守恒的條件和定律。第五個(gè)環(huán)節(jié) 應(yīng)用 解釋現(xiàn)象，鞏固所學(xué)知識，作業(yè)布置。4板書設(shè)計(jì)動(dòng)能勢能機(jī)械能重力勢能彈性勢能 F 機(jī)械能守恒定律1、條件：只有重力做功2、內(nèi)容：在只有重力做功的情形下，物體的動(dòng)能和重力勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。3、表達(dá)式： 或七教學(xué)過程（一）課題引入復(fù)習(xí)回

9、顧：師：同學(xué)們，通過上幾節(jié)課的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)知道了機(jī)械能的形式包括動(dòng)能和勢能，勢能又包含了重力勢能和彈性勢能。（板書：機(jī)械能 動(dòng)能、勢能 重力勢能、彈性勢能）演示實(shí)驗(yàn)：小車從斜面上滑后再下滑和大鐵錘在豎直面的擺動(dòng)，觀察這兩個(gè)過程中的能量轉(zhuǎn)化。師：請從動(dòng)能和重力勢能角度來分析它們有什么共同特點(diǎn)？生：它們在運(yùn)動(dòng)過程中都有動(dòng)能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化的過程。游戲：接下來我要邀請一名同學(xué)和我一起做游戲碰鼻游戲。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。讓學(xué)生靠近單擺站立，教師把懸掛的重錘拉至學(xué)生鼻尖由靜止釋放，觀察當(dāng)重錘回?cái)[時(shí)學(xué)生是否害怕，并根據(jù)游戲現(xiàn)象猜想動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化的過程中是否存在某種規(guī)律。師：從游戲中可以看到重錘只能擺到

10、釋放時(shí)的等高處，鼻子不會受到任何傷害，為什么呢？（學(xué)生討論，通過學(xué)生親身經(jīng)歷，激發(fā)學(xué)生探究欲望），要想知道原因，那我們必須先知道這一過程中動(dòng)能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化時(shí)的規(guī)律。（二）學(xué)生探究師：那么動(dòng)能和重力勢能在相互轉(zhuǎn)化過程中有什么規(guī)律呢？今天我們將通過實(shí)驗(yàn)來探究。下面我們要根據(jù)課桌上的器材來做實(shí)驗(yàn)，來探究重錘在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)機(jī)動(dòng)能和機(jī)械能的關(guān)系。觀察實(shí)驗(yàn)器材，說說各個(gè)裝置的作用。學(xué)生實(shí)驗(yàn)：用DIS研究機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯縿?dòng)能和重力勢能轉(zhuǎn)化中所遵循的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)原理：分別測定擺錘在擺動(dòng)過程中任意時(shí)刻的動(dòng)能和勢能，研究機(jī)械能的總量有什么特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)器材：機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)器、光電門

11、傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)步驟：1架設(shè)好“機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)器”，將實(shí)驗(yàn)裝置中的光電門傳感器接入數(shù)據(jù)采集器。2.點(diǎn)擊教材專用軟件主界面上的實(shí)驗(yàn)條目“研究機(jī)械能守恒定律”，打開該軟件。3.測量機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)器擺錘的直徑s及其質(zhì)量m，將數(shù)據(jù)輸入軟件窗口下方的表格。（已由計(jì)算機(jī)默認(rèn)，不必輸入）4將釋放器（磁鐵夾）固定在機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)器的A點(diǎn)（用測平器定位），將光電門固定在D點(diǎn)（用測平器定位），取擺錘擺動(dòng)時(shí)的最低點(diǎn)D為零勢能點(diǎn)。5點(diǎn)擊“開始記錄”，釋放擺錘，擺錘通過光電門傳感器的速度就顯示在表格中。6.依次將光電門傳感器固定在C、B點(diǎn)（用測平器定位），點(diǎn)擊“開始記錄”，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到三組數(shù)據(jù)（A點(diǎn)計(jì)

12、算機(jī)已默認(rèn)）。7.點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)計(jì)算”，得到擺錘通過A、B、C、D各點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能、勢能和機(jī)械能值。注意事項(xiàng)：1固定光電門和磁鐵夾時(shí)為達(dá)到精確定位，需使用測平器。2每次釋放擺錘之前，均需點(diǎn)擊“開始記錄”。3當(dāng)擺錘通過光電門傳感器后，要防止擺錘回?cái)[產(chǎn)生誤擋光結(jié)論：次數(shù)DCBA高度h(m)00.0500.1000.150速度v(m/s)0勢能E(J)動(dòng)能E(J)機(jī)械能E(J)比較上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果中各位置的機(jī)械能（在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi)），機(jī)械能的總量_師：在學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后，讓各組學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行交流并發(fā)言。生：通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)擺錘在運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化時(shí)，動(dòng)能和重力勢能相加幾乎是定值。師：好，

13、我們可以看到在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi)，機(jī)械能的總量如果動(dòng)能和重力勢能相加是定值，那么我們就講物體在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒。（三）繼續(xù)探究師：上學(xué)期我們學(xué)過簡單的運(yùn)動(dòng)自由落體，下面我們就來研究一下，物體在做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械能是否守恒。演示實(shí)驗(yàn)：自制實(shí)驗(yàn)器材如圖所示，小球的質(zhì)量和直徑已測出。（讓一個(gè)學(xué)生參與記錄數(shù)據(jù)，使用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算）讓小球從某一高度下落，然后通過三個(gè)光電門得到通過時(shí)的速度就可以算出此時(shí)的動(dòng)能，把光電門C處作為零勢能面，可計(jì)算出小球的重力勢能，把兩者相加就得到了該點(diǎn)的機(jī)械能。通過實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證三個(gè)位置的動(dòng)能和重力勢能之和在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi)是定值即物體在這過程中機(jī)械能守恒。（這個(gè)結(jié)論也可以讓學(xué)生來講）（四）拓展實(shí)驗(yàn)師：通過剛才的實(shí)驗(yàn)我們可以看到他們在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，我們再看一個(gè)實(shí)驗(yàn)，把帶孔小球從傾斜鋼絲上下滑，我們再來看看，機(jī)械能是否守恒？為什么？（提示：可以做受力分析。學(xué)生討論并發(fā)言）生：通過對比受力分析可以知道，機(jī)械能守恒條件是只有重力做功。師：好！我想現(xiàn)在我們自己可以總結(jié)這個(gè)規(guī)律了。（讓學(xué)生回答并記錄）（五）應(yīng)用小結(jié)師：好！現(xiàn)在我們就可以解釋一下剛才的“碰鼻游戲”，為什么鼻子沒被碰扁呢？（讓學(xué)生回答）例題：隨著人類能源消耗的迅速增加，如何有效地提高能源的利用率是人類所面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。下圖是上海地鐵某車站的設(shè)計(jì)方案示