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2019-2020年高中物理 第七章 機械能守恒定律 第1節(jié) 追尋守恒量 能量教案1 新人教版必修2 課標(biāo)要求 學(xué)習(xí)水平為理解 教學(xué)目標(biāo) 知識 與能力 1、了解“追尋守恒量”這一物理學(xué)的基本觀點和思想； 2、知道動能和勢能的概念； 3、會分析生活中有關(guān)機械能轉(zhuǎn)化的問題； 過程 與方法 1、體會伽利略斜面實驗的思想方法，了解能量概念的引入過程；2、體會“追尋守恒量”這種變化之中抓不變的研究策略； 情感態(tài)度價值觀 1、通過“追尋守恒量”，使學(xué)生領(lǐng)會尋找守恒量是科學(xué)研究的重要思想方法，初步樹立能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點； 2、通過展示生活中的一些物理現(xiàn)象，使學(xué)生進一步體會能量守恒的普遍性； 教材分析 重點 了解動能和勢能的概念，在動能和勢能的轉(zhuǎn)化過程中體會能量守恒 難點 認(rèn)識到守恒是自然界的重要規(guī)律 教學(xué)設(shè)計 教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動 學(xué)生活動 設(shè)計意圖 一、引入新課 1、守恒的含義 2、守恒的普遍性 二、新課教學(xué) 1、分析伽利略斜面實驗 2、能量概念 3、動能和勢能 4、能量守恒的應(yīng)用 三、課堂小結(jié) 介紹本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)目標(biāo)。 提出問題： “守”是什么意思？“恒”是什么意思？兩個字組成的“守恒”一詞應(yīng)是什么意思？“守恒量”又是什么意思？ 小結(jié)：“守恒”意為保持不變，“守恒量”也就是保持不變的量。 案例1：放學(xué)后，兩個小孩在家中下象棋。下完棋后，當(dāng)他們收拾象棋時，忽然發(fā)現(xiàn)少了3顆棋子，他們找啊找，發(fā)現(xiàn)門后有1顆，墻角有1顆，但還是少1顆。他們不放棄，繼續(xù)尋找，終于在地毯下找到了最后1顆棋子。 問題：支撐兩個小孩能夠堅持找到最后1顆棋子的信念是什么？ 小結(jié)：棋子的總數(shù)是不變的，我們可以說棋子的數(shù)量是守恒的。 案例2：自來水公司抄表員最近發(fā)現(xiàn)，某小區(qū)一單元樓的自來水管道的總表讀數(shù)和各住戶家中分表讀數(shù)總和不一致。對于這個問題，你有什么想法？ 問題：支撐你們提出這些想法的依據(jù)是什么？ 小結(jié)：流過管道總表的水的總體積和單元樓內(nèi)消耗的水的總體積是守恒的。 案例3：裝有沙子的A、B兩個小燒杯，將A中的沙子再倒入B中一些。兩個燒杯A、B和沙子的總質(zhì)量如何變化？ 問題：支撐你們有這種想法的依據(jù)是什么？ 小結(jié)：在上述過程中，A燒杯和杯中沙子的總質(zhì)量減少，B燒杯和杯中沙子的總質(zhì)量增加，但A、B兩燒杯和沙子的總質(zhì)量是守恒的。 案例4：化學(xué)反應(yīng)方程式 問題：我們依據(jù)什么來配平化學(xué)方程式？ 小結(jié)：我們需要根據(jù)原子數(shù)守恒、電荷守恒來配平化學(xué)反應(yīng)方程式。 總結(jié)：由此可見，事物在變化過程中，某些量總是保持不變的，這種現(xiàn)象叫做守恒。守恒現(xiàn)象在生活中是普遍存在的。 問題：那我們?yōu)槭裁匆穼な睾懔磕兀? 介紹諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、德國物理學(xué)家勞厄的名言：物理學(xué)的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)普遍的自然規(guī)律。因為這樣的規(guī)律的最簡單的形式之一表現(xiàn)為某種物理量的不變性，所以對于守恒量的尋求不僅是合理的，而且也是極為重要的研究方向。 小結(jié)：自然界中物質(zhì)千變?nèi)f化，但這種變化是有規(guī)律的，守恒現(xiàn)象就是自然界中是普遍存在的一種客觀規(guī)律，物理學(xué)的研究任務(wù)就是要發(fā)現(xiàn)物質(zhì)運動變化的規(guī)律性，而尋找守恒量也就是物理學(xué)研究的一個重要方向，我們在學(xué)習(xí)物理過程中追尋守恒量既是十分重要的，又是十分必要的。 課件展示伽利略斜面實驗。 問題：請描述小球從左側(cè)斜面高度h處靜止釋放后，如何運動？ 問題：小球從A到O，再從O到B，高度h和速度v如何變化？ 問題：小球從A到O過程中，高度h降低，速度v增加；從O到B過程中，高度h升高，速度v減??；到達右側(cè)高度hˊ與左側(cè)高度h什么關(guān)系？ 問題：為什么小球到達右側(cè)高度 hˊ和左側(cè)高度h相同，什么條件下才相同？ 問題：在斜面是光滑的條件下，小球能夠到達相同高度。如果我們將右側(cè)斜面的傾角減小，讓右側(cè)斜面平緩一些，小球到達的最大高度還同左側(cè)高度一樣嗎？ 問題：小球在光滑的斜面上似乎記得原來自己的高度一樣，不過“記得”兩個字不是物理語言。小球在運動過程中，它的高度h和速度v之間存在著怎樣的關(guān)系？ 問題：小球在運動過程中，它的高度h和速度v此消彼長，這其中是否存在著某個守恒量呢？ 問題：高度h守恒嗎？為什么？ 問題：速度v守恒嗎？為什么？ 問題：高度h和速度v之和守恒嗎？為什么？ 問題：h和v的單位不同，不能直接相加，因此它們的和不守恒。既然這樣，是不是h和v背后隱藏著某個量，它同h和v的某種形式有關(guān)，是守恒量呢？這個守恒量是什么呢？ 問題：回憶一下初中時候我們分析伽利略斜面實驗，那時候我們提過，與小球高度h和速度v有關(guān)的量分別是什么來著？ 問題：與小球高度h有關(guān)的是重力勢能，與速度v有關(guān)的是動能，它們是能量的兩種存在形式，前面高度h和速度v背后隱藏的守恒量就是能量，你能給出能量的概念嗎？ 展示諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、美國物理學(xué)家費曼的名言：有一個事實，如果你愿意，也可以說一條定律，支配著至今所知的一切自然現(xiàn)象……這條定律稱做能量守恒定律。它指出某一個量，我們把它稱為能量，在自然界經(jīng)歷的多種多樣的變化中它不變化。那是一個最抽象的概念…… 小結(jié)：能量是一個非常抽象的概念，它是伴隨人類對能量守恒的認(rèn)識同步發(fā)展起來的。伽利略斜面實驗中已經(jīng)蘊含著能量的概念，但伽利略、以及后來的牛頓都沒有提出能量的概念。 展示高高堆起來的巨石和高速行駛的賽車圖片。 問題：巨石和賽車所具有的能量分別是什么？ 問題：我們把相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫勢能；物體由于運動而具有的能量叫動能。 問題：常見的勢能有重力勢能，如巨石和小球憑借其高度而具有的勢能，此外，還有一種勢能，當(dāng)我們將彈簧拉伸或壓縮，彈簧具有的勢能叫什么勢能？ 小結(jié)：動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱機械能，各種能量之間是可以相互轉(zhuǎn)化的，但在轉(zhuǎn)化過程中，能量的總量是守恒的。 問題：分析伽利略斜面實驗中，小球從A到O，從O到B能量是如何轉(zhuǎn)化的？ 小結(jié)：在理想斜面實驗中，斜面是光滑的，小球從左側(cè)斜面高度h處靜止釋放，A點具有最大重力勢能，動能為零；從A到O，重力勢能減小，動能增加，O點具有最小重力勢能，最大動能；從O到B，重力勢能增加，動能減小，B點具有最大重力勢能，動能為零，整個過程中機械能守恒。 問題： 若伽利略斜面不是光滑的，小球從左側(cè)斜面高度h處滾下，還能到達右側(cè)斜面高度h處嗎？機械能還守恒嗎？ 問題：既然機械能不守恒，機械能減小了，那減小的機械能跑哪兒去了呢？ 問題：除了機械能、內(nèi)能外，自然界還存在著哪些形式的能量呢？ 小結(jié)：由于小球和斜面之間的摩擦，以及空氣阻力的影響，小球部分機械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，機械能雖然不守恒，但總能量仍然是守恒的。因此，能量守恒依然是成立的，同時根據(jù)能量守恒定律，我們還可以用來發(fā)現(xiàn)新的能量存在形式和新物質(zhì)。 應(yīng)用1：小球“碰鼻”游戲 將一個小鐵球用細(xì)繩懸掛在黑板上，讓一個勇敢的學(xué)生將小鐵球拉到鼻尖處靜止釋放，其他學(xué)生觀察小鐵球的運動情況以及在小鐵球擺回來時該學(xué)生的反應(yīng)。 　　　　　 問題：小球在擺動過程中，參加游戲同學(xué)是否安全？為什么會這樣？ 小結(jié)：在小球運動過程中，忽略空氣阻力影響下，小球的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機械能守恒，小球擺回來的最高點不會超過起始高度。由于空氣阻力的影響，小球擺回來的高度肯定沒有原來的高度高，因此，參與游戲的同學(xué)是安全的。 應(yīng)用2：播放一段游樂場過山車運動的情景片段，讓學(xué)生觀看。 問題：過山車沿軌道向軌道最高點運動過程中，以及從軌道最高點向軌道最低點運動過程中，能量如何轉(zhuǎn)化？ 問題：考慮到實際軌道并不是光滑的，過山車在上述運動過程中能量如何轉(zhuǎn)化？ 小結(jié)：過山車運動過程中動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化，如果考慮到過山車和軌道之間的摩擦，動能、重力勢能和內(nèi)能之間發(fā)生能量轉(zhuǎn)化，但總能量守恒。 應(yīng)用3：展示一幅行星繞太陽運行的Gif動態(tài)圖片。 問題：行星繞日運動，行星在近日點和遠(yuǎn)日點哪個位置速度大？ 問題：行星在近日點速度大，動能大；在遠(yuǎn)日點速度小，動能小；從遠(yuǎn)日點到近日點運動動能增加，從近日點到遠(yuǎn)日點動能減小，增加的動能是由什么能轉(zhuǎn)化而來的，減小的動能又轉(zhuǎn)化成了什么能？ 小結(jié)：行星繞日運行，伴隨著動能和引力勢能的轉(zhuǎn)化，行星從遠(yuǎn)日點到近日點運動，引力勢能轉(zhuǎn)化為動能，引力勢能減小，動能增加；從近日點到遠(yuǎn)日點運動，動能轉(zhuǎn)化為引力勢能，動能減小，引力勢能增加，但機械能守恒。 應(yīng)用4：展示一幅弓箭手拉弓射箭的Gif動態(tài)圖片。 問題：被拉伸的弓箭具有什么能？當(dāng)弓箭被射出去過程中，能量如何轉(zhuǎn)化？ 小結(jié)：發(fā)生形變的弓箭具有彈性勢能，弓箭被射出去過程中，彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，總能量守恒。 應(yīng)用5：播放一段有關(guān)潭柘寺“怪坡”的新聞視頻片段。 問題：關(guān)閉發(fā)動機的汽車，沿怪坡的低處從靜止開始往高處運動，重力勢能如何變化？動能如何變化？機械能如何變化？ 問題：汽車自動向坡頂運動，機械能增加，違反了能量守恒定律。如何解釋這一現(xiàn)象？ 小結(jié)：“怪坡”所謂的下坡路是個假象，實際上汽車所在的下坡路實為上坡路，汽車空擋是從“怪坡”的高處向低處運動，并沒有違反能量守恒定律。 對本堂課的學(xué)習(xí)內(nèi)容進行小結(jié)。 總結(jié)：同學(xué)們從小開始，就已經(jīng)在生活中逐步認(rèn)識體會到了數(shù)量守恒、體積守恒和質(zhì)量守恒等守恒現(xiàn)象，隨著認(rèn)識的深入，今天又認(rèn)識到了更抽象的能量守恒現(xiàn)象。能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界普遍遵循的重要基本規(guī)律，今后，同學(xué)們在分析解決實際物理問題過程中，應(yīng)積極利用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點來思考問題。 問題：不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，但轉(zhuǎn)化過程又是通過什么方式來完成的呢？ 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考，各抒己見，給出各種想法。 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 回憶伽利略理想斜面實驗。 積極思考，提問學(xué)生回答問題。 積極思考，回答問題。 積極回答問題。 積極回答問題。 積極回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考。 積極回答問題。 積極回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考。 全班大聲朗讀費曼的名言。 積極思考，回答問題。 積極回答 積極思考，提問學(xué)生回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 積極參與，觀察同學(xué)仔細(xì)觀看，回答問題。 積極回答問題。 認(rèn)真觀看 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 回憶開普勒行星運動定律。 積極回答問題。 積極思考，回答問題。 認(rèn)真觀察圖片。 積極思考，回答問題。 認(rèn)真觀看。 積極回答問題。 積極思考，回答問題。 首先弄清“守恒量”的字面含義，明確“追尋守恒量”的學(xué)習(xí)任務(wù)。 展示生活中的一些守恒關(guān)系的案例，使學(xué)生體驗守恒的普遍性。 根據(jù)建構(gòu)主義理論，學(xué)生在對生活案例的認(rèn)識過程中完善自己對守恒量的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。 使學(xué)生體會生活中數(shù)量的守恒。 使學(xué)生體會生活中體積的守恒。 使學(xué)生體會生活中質(zhì)量的守恒。 使學(xué)生體會化學(xué)中原子數(shù)和電荷的守恒。 引用物理學(xué)家勞厄的名言，強調(diào)追尋守恒量的重要性和必要性。 精確描述伽利略理想斜面實驗，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)能量守恒的過程。 使學(xué)生領(lǐng)會能量的概念。 激發(fā)學(xué)生的興趣，利用實驗說明小球運動的最高點不會超過起始高度，加深學(xué)生對能量守恒的直觀認(rèn)識，在游戲中體驗?zāi)芰渴睾恪? 密切聯(lián)系學(xué)生生活，感受游戲中能量的守恒。 使學(xué)生領(lǐng)會行星繞日運動過程中機械能守恒。 使學(xué)生領(lǐng)會彈性勢能和動能之間的轉(zhuǎn)化過程，機械能守恒。 在分析實際問題過程中，強化學(xué)生對能量守恒正確性的認(rèn)識。 為功的學(xué)習(xí)埋下伏筆。 板書 設(shè)計 7.1 追尋守恒量 能量：某種守恒量，變中有恒 動能：物體由于運動而具有的能 勢能：物體憑位置而具有的能 各種能量可相互轉(zhuǎn)化 作業(yè) 預(yù)習(xí)7.2節(jié)功 課后 反思 1、伽利略理斜面實驗，雖然以前做過，但起碼應(yīng)當(dāng)利用flash動畫展示一下小球運動的動態(tài)過程，這樣才能更加直觀地為能量概念的得出創(chuàng)造更加有效的教學(xué)情境。 2、課堂總結(jié)時，由于緊張，沒有按照教學(xué)設(shè)計，提出事前設(shè)計好的問題，為功的教學(xué)做好鋪墊。 3、今后教學(xué)過程中，要精煉教學(xué)語言，留出適當(dāng)時間，讓學(xué)生自主提出生活中有關(guān)能量守恒的實例，并對其進行分析，這樣才能有效檢驗學(xué)生對能量守恒是否深刻領(lǐng)會。