《机械能守恒定律》教学案例与反思

新课程标准要求学生在物理课的学习中不仅需要学到物理基础知识和实验技能，受到科学方法和科学思维的训练，受到科学态度和科学作风的熏陶，提高科学文化素质，而且需要体验科学探究过程，增强创新意识和实践能力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热情，为终身发展，形成科学的世界观和价值观打下基础。围绕这一原则，我们要积极的转变教学方式和学生的学习方式。
　　笔者所教学的《机械能守恒定律》的教学设计正是努力朝着这个方向做的。

本节课的内容是“机械能守恒定律”。机械能是自然界中各种不同能量的一种，在初中的学习中学生已经对机械能有了一定的认识，知道机械能包括动能和势能两部分。本节课的主要能容是“通过实验，探究并认识机械能守恒定律，研究物体动能和势能之间相互转化的过程中机械能的变化情况”。这一节集实验，物理现象，概念，规律的学习于一体，让学生经历观察现象，总结规律得出机械能守恒定律的过程。

高一学生通过对初中物理的学习对机械能已经有了初步的了解，知道了功和能量之间是有密切联系的。在初中的学习中也定性的引出了机械能守恒定律，因而教学过程中抓住这一点对学生能够有个提高，定量的研究机械能守恒过程中动能和势能之间的相互转化和用机械能守恒定律来解决生活中的一些做功的问题。

体现物理源于生活的主题，通过分析小球自由落体实验设置问题情景，将学生引入生活中常见的一些动能与势能之间相互转换的案例，使课堂成为学生主动探索知识，学习知识并运用所学知识解决生活中常见问题的过程。

在教学过程设计中

（一）引入新课：

（碰鼻实验）返回来的铁球会不会砸破脑袋？

总结能量的各种形式并指出不同形式的能量之间是可以通过做工来相互转化的，引出机械能的两种形式动能和势能之间转化的案例。

（二）新课教学

1．动能与势能的相互转化

（演示1：铁球自由下落）

（演示2：弹弓弹小纸团）

2．探究守恒量

（演示3：把小球用细线悬挂起来，一端固定在黑板上方，同时在黑板上用水笔画一条水平线，将小球拉到水平线高度，然后释放）

3．机械能守恒定律（选取自由落体运动为例，从理论角度证明）

（1）机械能守恒定律的推导

（演示4：经过高度h₁的A点时速度为v₁，下落至高度h₂的B点处速度为v₂，不计阻力，取地面为参考平面，写出物体在A点时的机械能和B点时的机械能，并找到这两个机械能之间的数量关系。）

（学生活动：独立推导）

（学生活动：小组讨论）

（2）机械能守恒定律的内容

师：观察该表达式，等号的左侧和右侧的物理意义？

生：等号的左侧表示动能的增加量，等号的右侧表示重力势能的减少量，等号说明重力势能的减少量和动能的增加量相同，重力势能的减少全部转化为动能的增加。

师：这个表达式，等号的左侧和右侧的物理意义又是什么？

生：等号的左侧表示末状态的机械能，等号的右侧表示初状态的机械能，表达式表明末状态跟初状态的机械能相等，即机械能守恒。

（3）机械能守恒定律的条件

思考：在推导中，我们是以物体做自由落体和光滑斜面和光滑曲面下滑为例进行的，这三种运动受力情况相同吗？

自由落体：只受重力作用；光滑斜面和曲面下滑：受重力、支持力。

思考：沿粗糙斜面下滑的小球，机械能守恒吗？

不能。不仅有重力做功还有摩擦力做功。

思考：如果将刚才的小球换成泡沫小球，依旧做单摆运动，小球还能回到原点？

总结：在只有重力做功的物体系统内，动能与重力势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。

（演示5：水平方向弹簧振子）

动能和弹性势能相互转化。

总结：如果既有重力做功、也有弹力做功，机械能是否守恒？这是竖起来的弹簧，将振子向下拉一下，弹簧上下振动，大家看一下，每次的高度如何？

（演示6：竖直弹簧振子实验）

总结：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。

（三）机械能守恒定律的应用

（板书：机械能守恒定律）

（板书：（1）、内容

（板书：（2）表达式：（）  ）

总结：要特别要指出的是，重力势能是物体和地球组成的系统具有的，所以这里的对象是相互作用的物体组成的系统。

（板书：（3）对象：系统）

（板书：（4）条件：只有重力或弹力做功）

活动：接下来，我们判断下列实例中哪些情况机械能是守恒的？

（多媒体展示：降落伞在空中匀速下落，抛出的篮球在空中运动，关闭了动力的过山车的运动，后两者不计空气阻力和摩擦阻力。）

思考：学了机械能守恒，那么同学们能不能解释上课前的科学实验站的游戏，为什么重球碰不到鼻子？

（多媒体展示：教材例题）

例：把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆（如图），摆长为l  ，最大偏角为θ。小球运动到最低位置时的速度是多大？

（学生活动：独立思考）

（学生活动：小组讨论）

总结用机械能守恒定律解决问题的一般步骤？

1．确定研究对象；

2．对研究对象进行正确的受力分析，判定各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件；

3．选取合适的零势能面，并确定研究对象在初、末状态时的机械能；

4．根据机械能守恒定律列方程求解。

　　教材中本节课只是从理论上推导和应用机械能守恒定律，如果按照传统的教学方法，只注重知识的传授和应用，而忽视学生探究、体验的过程，难免“穿新鞋走老路”，也不符合一个科学结论得出的一般规律。所以我觉得把验证机械能守恒的实验改为探究性实验更符合一般的规律和新课程标准的要求。
　　科学探究要求打破课堂时间的限制，充分发挥学生的创造性。但怎样把课堂教学和科学探究有机的结合起来，是我们教师面临的一个大课题。我们的课堂受时间、空间的限制，不可能各方面都探究，为探究而探究只能死路一条，所以恰当的设置探究点很重要，应该既要让学生完成知识的学习又要参与探究。首先，本节课我自始至终都是以问题为中心，引入、过渡、分析结论、课堂小结等都以问题的形式出现。我努力培养学生的问题意识，因为问题是学生探究的起点。其次，探究的过程中我主要抓住了实验方案的设计、实验信息的收集与处理、学生实验的参与等几个环节。我觉得本节课在课堂上让学生自己设计表格、搜集整理实验信息是需要的和恰当的。让学生从实验和理论两方面充分体验了一个科学结论得出的过程。这正是课堂的两个大环节，教学设计在这里也占用了较长的时间。
　　其次，让学生经历了科学探究的一般过程和思路，即：“创设情景——提出问题——猜测结论——实验验证——理论推导——得出结论——迁移应用”。