“機(jī)械能守恒定律”教學(xué)設(shè)計(jì)（二）

付博

人教版教材在對(duì)“機(jī)械能守恒定律”的內(nèi)容安排上，先給出了機(jī)械能概念與機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容，然后是“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)課。教學(xué)設(shè)計(jì)的一般思路是：按照教材的順序先介紹機(jī)械能概念；以自由落體或光滑斜面上小球運(yùn)動(dòng)等模型為例，利用動(dòng)能定理推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律，分析總結(jié)守恒的條件；推廣到物體系統(tǒng)中進(jìn)行推導(dǎo)，得出機(jī)械能守恒的表達(dá)式；對(duì)表達(dá)式進(jìn)行細(xì)致的分析，借助習(xí)題加深學(xué)生對(duì)定律內(nèi)容的理解；進(jìn)行驗(yàn)證性學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。本人對(duì)本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)重新進(jìn)行了編排，對(duì)教學(xué)策略重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，思路如下。

【新課引入】

以生活中的“拆遷球”引入學(xué)生活動(dòng)——“搖擺的掛鈴”：當(dāng)掛鈴來回?cái)[動(dòng)時(shí)，掛鈴不發(fā)出聲響，當(dāng)掛鈴撞擊到物體時(shí)會(huì)聽到鈴聲。

問題：1.從下巴處?kù)o止釋放掛鈴，掛鈴擺回來之后會(huì)不會(huì)擊中下巴？

2.若給掛鈴一個(gè)較大的初速度，掛鈴擺回來之后會(huì)不會(huì)擊中下巴？

3.掛鈴在擺動(dòng)的過程中主要是哪些形式的能量在進(jìn)行轉(zhuǎn)化？

【新課教學(xué)】

一、機(jī)械能的概念

1.概念（略）

2.表達(dá)式：E=EP+EK

強(qiáng)調(diào)機(jī)械能的相對(duì)性，即計(jì)算機(jī)械能時(shí)需要先選擇零勢(shì)能面和參考系。

問題：僅有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，應(yīng)該滿足什么條件？

二、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：探究機(jī)械能守恒的條件

1.在每組學(xué)生課桌上布置好實(shí)驗(yàn)所需器材：?jiǎn)螖[、滾擺、簡(jiǎn)易過山車模型、彈簧振子（豎直）、平拋豎落儀、滑輪、兩個(gè)被細(xì)線連接的鉤碼。

2.學(xué)生根據(jù)自選器材自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)只有動(dòng)能與勢(shì)能的轉(zhuǎn)化，并分析該實(shí)驗(yàn)的前提條件。

教師提示學(xué)生從以下角度分析：①研究對(duì)象是一個(gè)還是多個(gè)；②所受力的性質(zhì)有哪些；③做功的特點(diǎn)、有無做功情況；④能量轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)。

3.歸納總結(jié)

每組學(xué)生代表攜實(shí)驗(yàn)裝置到講臺(tái)展示、分析實(shí)驗(yàn)過程。教師輔助，在學(xué)生分析過程中將示意圖繪制在黑板上，標(biāo)明做功特點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)出的機(jī)械能守恒主要有以下兩種情況：

（1）研究對(duì)象為一個(gè)時(shí)：①只受重力；②受其他力，但其他力不做功；③其他力做功，但做功之和為0（由于有其他形式能量的參與，不屬于機(jī)械能守恒類，屬于機(jī)械能不變的情況）。

得出結(jié)論：物體在只有重力做功的情況下，只有重力勢(shì)能與動(dòng)能間的相互轉(zhuǎn)化。

理論推導(dǎo)：以自由落體為例，根據(jù)動(dòng)能定理WG =△EK 與功能關(guān)系WG =-△EP

-△EP=△EK ？圯 EK 1+EP 1= EK 2+EP 2。

研究對(duì)象為多個(gè)時(shí)：物體在只有重力做功和系統(tǒng)內(nèi)部彈力做功的情況下，系統(tǒng)間只有重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)化。

理論推導(dǎo)：對(duì)于小球與彈簧系統(tǒng)：根據(jù)動(dòng)能定理W彈+WG =△EK 、功能關(guān)系W彈= -△EP彈、WG =-△EP G ，-△EP彈-△EP G=△EK ？圯 EK1+EP彈1+EP G 1 = EK 2 + EP彈2 +EP G 2

三、演示實(shí)驗(yàn)：利用DISLAB（數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室）驗(yàn)證單體機(jī)械能守恒定律

實(shí)驗(yàn)器材：DISLAB平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集器、光電門、鐵架臺(tái)、重錘、細(xì)線、傳輸線、磁鐵夾。

實(shí)驗(yàn)原理：測(cè)量重錘做單擺運(yùn)動(dòng)過程中不同點(diǎn)的高度和速度，計(jì)算出各點(diǎn)的機(jī)械能。

實(shí)驗(yàn)步驟：課前學(xué)生與教師一起組裝實(shí)驗(yàn)裝置，將數(shù)據(jù)采集器、光電門、PC終端連接完畢并掌握實(shí)驗(yàn)原理。學(xué)生A控制DISLAB平臺(tái)，課前提前輸入重錘質(zhì)量等參數(shù)。學(xué)生B介紹實(shí)驗(yàn)裝置以及工作基本原理，學(xué)生C邊演示實(shí)驗(yàn)邊解說。教師解讀屏幕上的數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

四、機(jī)械能守恒條件判斷練習(xí)

將下列判斷題推送到學(xué)生終端，限時(shí)完成、統(tǒng)計(jì)正確率，選擇回答正確的同學(xué)分析判斷依據(jù)。

1.豎直向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能守恒；

2.物體先向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)再以相同速率向下做勻速直線運(yùn)動(dòng)回到原點(diǎn)，物體機(jī)械能守恒；

3.機(jī)械能守恒的物體可能做變速圓周運(yùn)動(dòng)；

4.直豎彈簧懸吊著小球上下振動(dòng)，小球機(jī)械能守恒。

五、異構(gòu)創(chuàng)新點(diǎn)說明

1.新課內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)為機(jī)械能守恒的條件

機(jī)械能守恒的條件屬于本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)全程圍繞機(jī)械能守恒條件進(jìn)行，在理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)上增加了以探究實(shí)驗(yàn)為教學(xué)形式的探究守恒條件環(huán)節(jié)，課堂訓(xùn)練的內(nèi)容依舊以對(duì)機(jī)械能守恒的判斷為主，通過層層鋪墊和引導(dǎo)得出守恒條件，利用智能PAD終端，在課堂互動(dòng)中及時(shí)掌握學(xué)生對(duì)守恒條件的理解情況。

2.在新課前增加探究性分組實(shí)驗(yàn)

因教材中沒有機(jī)械能守恒探究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，故在設(shè)計(jì)中新增探究性分組實(shí)驗(yàn)，并且不是單一實(shí)驗(yàn)類型。分組實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容均為教材中曾出現(xiàn)過的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生操作無障礙。利用探究實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了如下目標(biāo)：學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)過的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了回顧、溫習(xí)； 在分組實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生以新的視角體會(huì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，提升了學(xué)生的動(dòng)手能力和探究問題的能力，加深了學(xué)生對(duì)學(xué)過的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解；學(xué)生建立了新內(nèi)容與傳統(tǒng)知識(shí)的關(guān)聯(lián)，從熟悉的環(huán)境中學(xué)習(xí)到了新知識(shí)。